朱 廣
基于區(qū)塊鏈技術(shù)的知識貢獻系統(tǒng)設(shè)計研究
朱 廣
(南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 南寧 530008)
線上教學(xué)的普及推動了教學(xué)資源建設(shè),但存在教學(xué)資源數(shù)量過多、質(zhì)量參差不齊的情況,教學(xué)效果差強人意,師生存在“消極被動”情緒等問題,文章利用區(qū)塊鏈公開透明、可追溯、不可篡改的特點,設(shè)計了知識貢獻系統(tǒng)數(shù)據(jù)的7個維度和區(qū)塊鏈存儲模型,采用聯(lián)盟鏈方式設(shè)計了面向教育機構(gòu)、學(xué)生、教師的知識貢獻系統(tǒng),能夠激勵學(xué)生主動記錄最佳學(xué)習(xí)方式、參與資源建設(shè)、監(jiān)督和更正教學(xué)資源,同時保證數(shù)據(jù)完整、真實、不可篡改,為課程資源建設(shè)、學(xué)生個性化學(xué)習(xí)提供支撐。
區(qū)塊鏈;知識貢獻;激勵機制;哈希算法
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及、信息技術(shù)融入了生產(chǎn)生活中,中國數(shù)字化建設(shè)迎來新時代,線上學(xué)習(xí)的普及推動了學(xué)生學(xué)習(xí)的個性化、多樣化需求,重塑了大學(xué)生學(xué)習(xí)“畫像”,但目前線上教學(xué)仍存在如下問題。第一,學(xué)習(xí)成效的考核仍以成績單為主,無法很好地反映學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷甚至學(xué)習(xí)成果[1]。第二,線上學(xué)習(xí)資源主要由老師建設(shè)與管理,知識來源單一、呈現(xiàn)方式不足,無法集合各平臺優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源,同時教師備課、課程建設(shè)壓力大。第三,學(xué)生完成線上作業(yè)或任務(wù)時學(xué)習(xí)動力不足,學(xué)習(xí)過程難監(jiān)控、學(xué)習(xí)結(jié)果難評價,可信度存疑等現(xiàn)狀使學(xué)情分析難度較大、不夠精確,也難以支撐個性化學(xué)習(xí)和長期職業(yè)規(guī)劃。區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)過十余年的發(fā)展,在數(shù)字金融、社會治理領(lǐng)域已經(jīng)獲得一定的成果[2],國內(nèi)外教育機構(gòu)和學(xué)者開始研究區(qū)塊鏈技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用,尤其是在學(xué)生征信管理、檔案管理等領(lǐng)域的研究實踐已初見成效。為此,本文利用區(qū)塊鏈技術(shù)和現(xiàn)有平臺條件,設(shè)計知識貢獻模型,探討師生共建學(xué)習(xí)資源、激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、參與式學(xué)習(xí)的方案。
知識貢獻是指知識從一個人向另一個人轉(zhuǎn)移或分享的過程,在此過程中分享者提供了新知識、解決問題的方法、新的思考方式或觀念,還幫被分享者消化吸收知識,利用互動過程增進對知識的理解和掌握,這極大地推動了互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展,因此,鄧勝利等[3]指出知識貢獻是網(wǎng)絡(luò)社區(qū)穩(wěn)定發(fā)展的重要因素和核心價值。然而,“知乎”“CSDN”等在線知識社區(qū)中只有20%的用戶是知識貢獻者,80%的用戶只關(guān)注搜索知識[4]。針對在線教學(xué)平臺,目前教學(xué)模式將教師定性為知識貢獻者,將學(xué)生定性為知識搜尋者。
線上線下結(jié)合的混合式教學(xué)模式已成為必不可少的教學(xué)手段,但實際教學(xué)過程中面臨諸多障礙,課程資源供給“結(jié)構(gòu)失衡”、師生存在“消極被動”情緒[5]。實際教學(xué)過程中,教師普遍開發(fā)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的能力,現(xiàn)有的線上課程資源主要由教師簡單錄制編輯制作完成,資源質(zhì)量參差不齊、教學(xué)形式單一枯燥,照本宣科、“滿堂灌”等問題更為凸顯,優(yōu)質(zhì)線上教學(xué)資源緊缺。線上教學(xué)資源開發(fā)增加了教師工作壓力,課前與課后輔導(dǎo)、互動、作業(yè)批改占用更多時間,但教學(xué)效果差強人意,教師對大規(guī)模線上教學(xué)信心不足。另一方面,教學(xué)改革已經(jīng)從知識本位向?qū)W生的發(fā)展轉(zhuǎn)變[6],但現(xiàn)實中在線教學(xué)過程主要形式仍為“教師講、學(xué)生聽”的單向傳輸方式,學(xué)生參與感和體驗感差,教學(xué)資源數(shù)量龐大、質(zhì)量參差不齊增加了學(xué)生學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)壓力,降低了學(xué)生學(xué)習(xí)期望,消耗了學(xué)生自主、個性化學(xué)習(xí)欲望。學(xué)生線上學(xué)習(xí)過程難監(jiān)控,學(xué)習(xí)效果難評估,作業(yè)和學(xué)習(xí)測評真實性難保障。
如何將知識搜尋者變?yōu)橹R貢獻者是社區(qū)生存發(fā)展的關(guān)鍵[7],也是線上學(xué)習(xí)平臺能夠可持續(xù)良性發(fā)展的基礎(chǔ),是解決師生優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源短缺矛盾的鑰匙,是激勵師生主動參與資源建設(shè)、終身學(xué)習(xí)和個性化發(fā)展的有效機制。
區(qū)塊鏈是一個由多方參與、共同維護、持續(xù)增長的去中心化分布式數(shù)據(jù)庫,利用塊鏈式結(jié)構(gòu)來驗證和存儲數(shù)據(jù),利用分布式節(jié)點共識算法生成和更新數(shù)據(jù),利用密碼學(xué)方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全[8]。
區(qū)塊鏈1.0時代解決了數(shù)字貨幣應(yīng)用難題,產(chǎn)生了以比特幣為代表的經(jīng)濟形態(tài)。區(qū)塊鏈2.0時代解決了金融領(lǐng)域應(yīng)用問題,以以太坊為代表的智能合約可應(yīng)用于產(chǎn)權(quán)登記、轉(zhuǎn)讓,證券和金融合約的交易執(zhí)行。隨著區(qū)塊鏈超越金融領(lǐng)域,拓展到教育、物流、醫(yī)療、能源、審計等社會領(lǐng)域,區(qū)塊鏈進入3.0階段,成為價值互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)核,成為“萬物互聯(lián)”的一種底層協(xié)議[9]。
區(qū)塊鏈具有去中心化特點,網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都有一份數(shù)據(jù)庫賬本的副本,所有的副本可以自動同步更新,數(shù)據(jù)具有冗余性、安全性。區(qū)塊鏈有公開透明、可追溯的特性,除了對交易各方的私有信息加密外,區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)可以對所有人公開,所有用戶都能查詢賬本中的每一筆交易。區(qū)塊鏈具有不可篡改的特性,信息上鏈并經(jīng)過驗證后就會被永久存儲下來,并同步到所有節(jié)點,除非控制一半以上的節(jié)點重新使區(qū)塊鏈分叉,否則無法修改已存儲的數(shù)據(jù)。
區(qū)塊鏈中使用Merkle樹存儲所有交易記錄(數(shù)據(jù)),與普通樹相比,Merkle樹使用的是哈希指針而不是普通指針,哈希指針不僅存儲了與普通指針一樣的結(jié)構(gòu)體的起始地址,還存儲了當(dāng)前的哈希值,這樣就可以根據(jù)哈希值驗證整棵樹中所有交易的正確性[8]。
參考以太坊,區(qū)塊鏈獎勵機制主要包括出塊獎勵、叔塊獎勵、交易費,其中,出塊獎勵是通過礦工挖礦產(chǎn)生的,即礦工在已打包區(qū)塊的基礎(chǔ)上嘗試得到滿足要求的隨機數(shù)時,排在首位的礦工會獲得鑄幣權(quán),排在第二、第三位的礦工會得到叔塊獎勵,已打包區(qū)塊的交易會產(chǎn)生交易費。
區(qū)塊鏈可分為公有鏈(Public Blockchain)、聯(lián)盟鏈(Consortium Blockchain)、私有鏈(Private Blockchain)和混合鏈(Hybrid Blockchain)四類[10],其中聯(lián)盟鏈由若干企業(yè)或機構(gòu)共同管理,參與者使用前需認證注冊。為兼顧安全性和資源使用情況,本系統(tǒng)聯(lián)合不同學(xué)校和教育機構(gòu),實現(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的延續(xù)性,本系統(tǒng)采用聯(lián)盟鏈實現(xiàn)各學(xué)校、機構(gòu)之間的共識機制。
知識貢獻模型依托現(xiàn)有教學(xué)資源,充分利用教學(xué)輔助平臺和教學(xué)管理平臺的數(shù)據(jù),結(jié)合學(xué)生個人學(xué)習(xí)資源、教師教學(xué)記錄,設(shè)計學(xué)生學(xué)習(xí)檔案7個采集維度:反映教師教學(xué)組織的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)資源等維度,反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程的學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)效果等維度,如表1所示。
表1 知識貢獻系統(tǒng)數(shù)據(jù)維度
數(shù)據(jù)維度數(shù)據(jù)形式內(nèi)涵 教學(xué)內(nèi)容知識點、任務(wù)書結(jié)構(gòu)化知識分解,教學(xué)內(nèi)容重構(gòu),知識點或任務(wù) 教學(xué)方法教學(xué)設(shè)計、教案教學(xué)過程中知識或任務(wù)傳授,教學(xué)設(shè)計、教學(xué)風(fēng)格等 教學(xué)資源案例、作業(yè)、反饋教學(xué)過程中開發(fā)的資源,包括教學(xué)典型案例、設(shè)計的作業(yè)、問卷和測試、資源的效果反饋 學(xué)習(xí)目標學(xué)習(xí)任務(wù)卡學(xué)生制訂的個性化目標,包括知識、技能、素質(zhì)等目標 學(xué)習(xí)資源教材、圖文、網(wǎng)站等使用的教材、圖文、視頻、軟件、網(wǎng)站等資源 學(xué)習(xí)策略學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)路徑、時間分配等 學(xué)習(xí)效果測驗結(jié)果、成績單知識掌握程度、遷移程度,舉一反三能力,多采用測驗、考試、問答等方式呈現(xiàn)
針對教師教學(xué)組織,主要使用教學(xué)輔助平臺自動收集教師教學(xué)過程數(shù)據(jù),利用結(jié)構(gòu)化知識分解后的知識點、教學(xué)任務(wù)書記錄教學(xué)內(nèi)容,使用教學(xué)設(shè)計、教案等記錄教學(xué)方法,通過設(shè)計的動畫、教學(xué)案例、作業(yè),針對反饋資源利用率和效果的問卷和測試結(jié)果,評價教師教學(xué)效果的達成度。
針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程,組織學(xué)生參考學(xué)習(xí)平臺的知識點或任務(wù)書,根據(jù)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求形成學(xué)習(xí)任務(wù)卡,形成針對自己的個性化學(xué)習(xí)目標。學(xué)習(xí)資源包括學(xué)習(xí)過程中使用的教材、網(wǎng)站、學(xué)習(xí)平臺的視頻、圖文或軟件,學(xué)習(xí)策略包括學(xué)生每個知識點的學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)資源,知識點學(xué)習(xí)的先后順序、學(xué)習(xí)筆記等數(shù)據(jù),學(xué)習(xí)效果包括學(xué)習(xí)過程中的測驗結(jié)果、作業(yè)完成情況,階段學(xué)習(xí)的成績單、學(xué)習(xí)目標完成度等過程性數(shù)據(jù),以及比賽獲獎、論文和專利等創(chuàng)造性成果。
該模型的數(shù)據(jù)維度設(shè)計旨在存儲優(yōu)秀學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑、學(xué)習(xí)方法,拓展教學(xué)資源的外延,促進師生共同以知識點為粒度更新、豐富教學(xué)資源,推動學(xué)生主動反饋資源和學(xué)習(xí)效果評價教學(xué)資源。
現(xiàn)存在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)的存儲策略主要包括擴充本地空間、優(yōu)化冗余資源,考慮到部分過程數(shù)據(jù)或作業(yè)占用存儲空間較大,若全部數(shù)據(jù)都直接上鏈存儲,會導(dǎo)致區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)爆炸式增長,存儲、讀取效率緩慢等問題,而且,大部分平臺數(shù)據(jù)出于安全性考慮不對外公開,更無法全部導(dǎo)出。因此,本文設(shè)計的數(shù)據(jù)存儲模型對象分為兩類:小粒度文件和大粒度文件。小粒度文件直接存儲在聯(lián)盟鏈上,大粒度文件存儲在IPFS網(wǎng)絡(luò)中,有隱私保護的數(shù)據(jù)與平臺對接驗證、參照大粒度文件的存儲方式執(zhí)行。知識貢獻系統(tǒng)區(qū)塊鏈存儲設(shè)計如圖1所示。
圖1 知識貢獻系統(tǒng)區(qū)塊鏈存儲設(shè)計
區(qū)塊鏈由多個區(qū)塊前后鏈接形成鏈狀結(jié)構(gòu),其中每個區(qū)塊由區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分構(gòu)成。
區(qū)塊頭主要包含父區(qū)塊哈希、時間戳、隨機數(shù)、難度值、版本信息、Merkle根。父區(qū)塊的哈希值由其區(qū)塊頭計算得出,由下一區(qū)塊記錄,使前后區(qū)塊形成鏈狀結(jié)構(gòu),可通過最后一個區(qū)塊的哈希指針驗證整條鏈上的哈希值,從而驗證所有數(shù)據(jù)的正確性[8]。時間戳記錄區(qū)塊生成的時間,隨機數(shù)和難度值主要用于區(qū)塊鏈運行時達成共識機制,版本信息記錄區(qū)塊的編號,Merkle根驗證區(qū)塊體的數(shù)據(jù)完整性。
區(qū)塊體主要存儲了一定時間內(nèi)學(xué)習(xí)檔案的詳細數(shù)據(jù),利用SHA256算法,提取每個文件的哈希值組成二叉樹狀結(jié)構(gòu),每個文件的哈希值兩兩結(jié)合后計算得到上層哈希值,重復(fù)此過程得到樹根處的值即為Merkle根。依據(jù)SHA256算法抗哈希碰撞、原哈希值隱藏的特性,可以在數(shù)據(jù)加密后驗證數(shù)據(jù)的完整性、不可篡改性,同時Merkle樹存儲結(jié)構(gòu)也能讓數(shù)據(jù)和文件輕松定位和溯源。在該模型中,成績、學(xué)習(xí)效果等小粒度文件數(shù)據(jù)量小,可直接存儲在區(qū)塊體中;大粒度文件,如學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)、教學(xué)運行情況等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且數(shù)據(jù)量大,使用哈希算法得到文件的哈希值存儲在區(qū)塊體中。大粒度文件的存儲利用IPFS技術(shù),切分為多個大小相同的片段,設(shè)置冗余存儲機制,分布存儲在不同節(jié)點上,提高數(shù)據(jù)安全性、可靠性、讀寫速度。
知識貢獻系統(tǒng)采用聯(lián)盟鏈形式,針對教育機構(gòu)(教學(xué)平臺和學(xué)校)、學(xué)生、教師開放,聯(lián)盟鏈主要依托現(xiàn)有的教學(xué)資源,由教學(xué)平臺、各級學(xué)校組建而成,為學(xué)生、教師開放接入權(quán)限,其中學(xué)生、教師、教育機構(gòu)具有節(jié)點記錄和查詢數(shù)據(jù)功能。教師主要負責(zé)開課前資源建設(shè)、開課中資源復(fù)核、結(jié)課后資源存檔,學(xué)生需要反饋學(xué)習(xí)效果、優(yōu)化學(xué)習(xí)方法、評價學(xué)習(xí)方法、監(jiān)督系統(tǒng)運行、更正系統(tǒng)資源。為保障上鏈數(shù)據(jù)的真實性、有效性,采用簽名算法綁定上鏈數(shù)據(jù),杜絕偽造數(shù)據(jù)現(xiàn)象。
圖2 知識貢獻系統(tǒng)模型設(shè)計
(1)發(fā)布任務(wù)。依托現(xiàn)有線上教學(xué)平臺,教師將課程進行任務(wù)分解,按照課時的1~3倍設(shè)計知識點(或子任務(wù))數(shù)量,同時上傳相關(guān)資源,以知識點為單位設(shè)計獎勵分數(shù)。
(2)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。利用線上資源自主學(xué)習(xí),利用系統(tǒng)記錄學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)路徑等信息。
(3)學(xué)生自我測試。完成線上測試、問卷,評估自己的學(xué)習(xí)效果,針對自己未掌握或疑惑之處在對應(yīng)知識點處提問。
(4)學(xué)生對比學(xué)習(xí)。查閱其他學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑,即對某個知識點的學(xué)習(xí)過程,包括對知識點的理解、分析、解決過程,使用到的文本、動畫、視頻、仿真等資源,相關(guān)、相近知識點的區(qū)別與聯(lián)系等內(nèi)容;總結(jié)自己的學(xué)習(xí)特色和方法。
(5)知識貢獻獎勵。設(shè)計知識貢獻獎勵和參與獎勵兩種獎勵方式。其中知識貢獻獎勵需要分享自己的學(xué)習(xí)過程或解答某知識點下的提問,由所有參與學(xué)習(xí)者投票選取最優(yōu)學(xué)習(xí)方法或答案,得票最高貢獻者可獲得5分獎勵,得票第二和第三的貢獻者可分別獲得4分、3分獎勵;所有參與并完成學(xué)習(xí)、測試的學(xué)生可獲得1分獎勵。
(6)教師復(fù)核資源。為保障貢獻知識的正確性、準確性,需要經(jīng)過教師驗證復(fù)核后才能啟動獎勵機制。為避免學(xué)生抱團投票,設(shè)計所有知識貢獻者使用哈希函數(shù)運算過的數(shù)字作為唯一憑證,實現(xiàn)匿名化處理;鼓勵多所學(xué)校參與,擴大學(xué)習(xí)基數(shù),利用人數(shù)優(yōu)勢穩(wěn)定去中心化系統(tǒng)。為保護知識版權(quán),所有引用內(nèi)容必須清晰標注,獎勵減半。
(7)學(xué)生監(jiān)督更正。為規(guī)范知識貢獻者行為,提高貢獻知識的質(zhì)量,設(shè)計學(xué)生監(jiān)督反饋機制。鼓勵舉報虛假內(nèi)容、無效內(nèi)容、虛假投票、學(xué)術(shù)不端等情境,教師復(fù)核舉報有效的,第一位舉報者可獲得2分獎勵,被舉報者取消原獎勵,另扣除5分獎勵,被舉報內(nèi)容都參與者取消原獎勵,另扣除2分獎勵并要求重新學(xué)習(xí)該知識點。鼓勵更正貢獻知識,若發(fā)現(xiàn)得票最高的前三位內(nèi)容有誤,設(shè)計更正功能更新內(nèi)容,教師復(fù)核通過后,取消原貢獻者獎勵,將更正內(nèi)容設(shè)為最佳答案并給予相應(yīng)獎勵,取消原參與者獎勵并要求重新學(xué)習(xí)該知識點。
教育機構(gòu)主要指相關(guān)教學(xué)平臺和各級學(xué)校,主要負責(zé)制訂課程建設(shè)計劃、教學(xué)計劃,期末資源存檔、數(shù)據(jù)匯總和積分獎勵等。其中,課程建設(shè)計劃需要教師組建課程建設(shè)團隊或教研室集體備課,鼓勵跨學(xué)校、跨層次開展課程改革交流,共同設(shè)計課程標準,針對封閉性知識(或任務(wù)),建議每節(jié)課設(shè)定1~3個知識點(或子任務(wù)),以此作為區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)上激勵制度的任務(wù)點。期末資源存檔需要教師以知識點為單位復(fù)核學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、整理教學(xué)檔案、更新教學(xué)資源。數(shù)據(jù)匯總指以學(xué)期為單位,匯總每個學(xué)生貢獻知識的記錄、學(xué)習(xí)記錄和成績等,形成學(xué)生學(xué)習(xí)總結(jié)報告。積分獎勵指以學(xué)期為單位統(tǒng)計獎勵分數(shù),并依次作為學(xué)生學(xué)分認定、成績認定、評獎評優(yōu)的依據(jù)。
本文利用區(qū)塊鏈技術(shù)匿名性、不可篡改性,設(shè)計反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程、創(chuàng)新能力的知識貢獻系統(tǒng),以激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、相互交流、貢獻知識為目標,發(fā)揮學(xué)生主觀能動性,使學(xué)生主動參與豐富教學(xué)資源,提高資源數(shù)量和質(zhì)量,同時減輕教師工作壓力。該系統(tǒng)可為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力提供數(shù)據(jù)支撐,可以支持后進學(xué)生了解不同學(xué)習(xí)方法、開拓學(xué)習(xí)思路,此外,依托區(qū)塊鏈技術(shù),學(xué)生自我監(jiān)督更正可提高作業(yè)質(zhì)量,鼓勵原創(chuàng)內(nèi)容。系統(tǒng)模型仍然存在一些不足,教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)較多,存儲和使用困難較大。
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Research on the Design of Knowledge Contribution System Based on Blockchain Technology
The popularization of Online teaching has promoted the construction of teaching resources, but there are problems such as too many teaching resources with uneven quality, unsatisfactory teaching effects, and "negative and passive" emotions among teachers and students, and so on. Taking advantage of the open, transparent, traceable and untamperable characteristics of block chain, this paper designs seven dimensions and block chain storage model of knowledge contribution system data. A knowledge contribution system for educational institutions, students and teachers is designed in the way of alliance chain, which can encourage students to actively record the best way of learning, participate in the construction of resources, supervise and correct teaching resources. at the same time, it ensures that the data is complete, true and untampered, which provides support for the construction of curriculum resources and students' personalized learning.
blockchain; knowledge contribution; encouragement mechanism; hash algorithm
TP311.13
A
1008-1151(2023)07-0018-04
2022-12-15
廣西高校中青年科研基礎(chǔ)能力提升項目(2021KY1016)。
朱廣(1990-),男,南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級信息系統(tǒng)項目管理師,講師,工學(xué)碩士,研究方向為區(qū)塊鏈、數(shù)據(jù)分析。