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理论前沿 国内外教育领域区块链技术应用热点综述

2022-08-20 03:49:29| 来源:leyu乐鱼体育全站app 作者:乐鱼体育平台进入

  区块链技术作为一个具有“不可伪造”“全程追溯”“公开透明”等特征的分布式数据库,在信任机制构建上具有优越性,为金融、医疗、科技和教育等众多领域带来新的生机。文章全面梳理区块链技术在教育领域应用的研究热点与发展脉络,同时通过中外文献对比来了解不同时空条件下教育区块链的发展状况。在文献计量分析和文献可视化工具的运用下,识别区块链技术在教育领域应用的适配与价值、热点与差异、趋势与展望等方面。分析表明:区块链技术在国内外教育应用中具有较大潜力,可通过优化区块链算容力、加强高校和科研院所的联合研发应用、完善政策法规等外部环境来推进区块链教育应用的持续发展。

  当前,区块链已成为世界范围内各领域关注的热点。区块链如同一个巨大账本,一个区块相当于账本的一页,允许每一节点参与维护,当一页完成后,会被加密打包进链,同时盖上时间戳,每一个节点信息都可以被追溯,且不可以篡改。该技术的核心特征是去中心化,也就是通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励等手段,在分布式系统中实现点对点交易与协作,从而有效解决中心化机构普遍存在的高成本、低效率和数据存储不安全等问题[1]。由于具有去中心化、可追溯等特性,区块链首先被应用于金融领域,并迅速渗透到其他同样拥有庞大数据的行业。

  与此同时,随着信息技术的高速发展与网络资源的不断丰富,教育领域出现学术造假、教育资源垄断、知识产权确权等问题。教育工作者不得不重新思考:在数字化学习需求增长所带来的教育管理模式转变下,如何保证数字化资源的开放与平等、如何保证数字化学习经历的真实与可信、如何保证数字化信息的安全与可靠、如何重新思考教师与教育组织在未来教育中的角色定位、如何打破教育在时空连接上、企业合作上的壁垒与束缚。区块链的发展与成熟,将会为教育变革提供解决思路,产生应有的教育之义。

  本文借助文献计量分析工具与可视化工具,通过定量与定性结合的研究方法,分析区块链在教育领域中的应用现状与趋势,并着重介绍区块链在教育教学、学习方式与教育管理方面具有的实践与变革意义,勾勒和探索其当下与未来的发展图景。

  在系统文献综述方法(Systematic Literature Review,SLR)的指导下,本研究以下列问题为导向展开综述:①区块链与教育的适配与价值研究:区块链技术被应用到教育领域有哪些好处。②区块链在教育领域的热点与差异研究:国内外区块链技术教育应用的研究现状、发展情况及典型案例。③区块链在教育领域应用的发展趋势研究:区块链技术如何在教育领域进一步推广应用。

  在 CNKI数据库中,以“区块链and教育”为关键词进行检索,得到中文文献 388 篇;再以“教育区块链”“区块链and教学”和“区块链and学校”为关键词进行检索,又补充文献 23 篇。共检索到相关中文文献 411 篇。按照以下标准对于重点研究文献进行筛选:①非 CSSCI或北大核心数据库收录期刊出版的文献。②不是以区块链为重点的文献。③不是以教育领域为重点用的文献。④不是相关综述类文献。在上述标准筛选之下,共得到 289 篇有效中文文献,如图2所示。

  同时,在科学网(Web of Science)数据库中对主题关键词“blockchain”和“education”进行检索,得到文献 292 篇。按照与中文文献同样的标准进行筛选,最终得到 218 篇有效英文文献。

  区块链具有以下特性:①开放透明。区块链本质上是一个分布式数据库,分布式意味着每一个区块链网络节点都可以平等地参与交易、平等地获得交易信息。在典型的区块链网络中,每一个节点都能够存储全网发生的历史交易记录的完整、一致账本。②可追溯、不可篡改。可追溯与不可篡改是相伴而生的,可追溯意味着信息是永久储存、真实完整的,而不可篡改则保证信息的真实完整,可用于信息追溯。区块链运用单向哈希算法、时间戳技术以及共识机制等使区块交易按照时间线顺序推进,在每一区块完成加链时会被盖上时间戳,并提供交易信息时间确认,有力保障了区块数据的不可篡改。在全网广播验证后,只有掌握超过全网50%的节点算力,才能够篡改,而这几乎是不可能的[2]。因此,区块链技术具备不可篡改与可追溯的高度可信任性。③加密安全。区块链技术通过哈希加密算法生成相应的公钥与私钥,双向进行身份验证。在非对称加密技术中,公开一个密钥作为为公钥(Public key),另一个秘钥保密并成为私钥(Private key)。加密信息使用公钥,私钥则用作解密。在得知一个密钥的情况下,无法推算出另一个密钥,交易双方保持匿名性,进而保证隐私安全[3]。④去或弱中心化。区块链使用P2P对等网络,其点对点传输技术是脱离中心化服务器控制,形成公共账本的基础[4]。在区块链网络系统中,不存在中心信任组织,其凭借共识信任机制,实现自由可靠的点与点交易。

  与此同时,传统教育面临的主要几个问题为:①学历造假现象频发、企事业认证困难。“HireRight”作为专业的员工背景调查公司,发现约有86%的公司存在求职者通过学历造假而获得面试机会甚至被录用的情况。而员工背景调查公司的存在本身也可以说明当下教育领域中,学习者对于自身的学习经历存在造假行为,企业对于求职者学历信息验证具有难度,因此两者之间存在较严重的不信任感。②学术抄袭、盗版资源充斥市场。学术道德近年来成为热词,源于学术抄袭、造假问题频出。依靠学者道德自净,诚然可以减少学术抄袭现象,而问题出现的一个重要原因在于:学者的知识产权没有得到有效保障,留有肆意抄袭与被盗版的机会。③学习记录造假、难以记录与管理。以慕课为代表的在线教育快速发展,并在新冠疫情期间迎来发展高峰。在线教育形式间接脱离学校权威中心,数据来源更加多样化,数据管理更加复杂化,在学习数据记录的真实性与管理的可信性上面临更大考验。④优秀教育资源封闭。传统教育领域往往以学校等机构为权威中心,教育资源往往局限在某一个空间领域内。在高等教育领域,跨校等流动式学习因学分转换存在障碍而难以实行,造成优秀教育资源的封闭。

  综上所述,区块链与教育高度耦合,应用前景较广阔。首先,判断区块链是否适用于某一行业或领域,通常取决于该领域是否具备以下几个条件:①是否在一定时间范围内不断产生与更新数据。②数据是否存在评价等价值性,需要记录。③数据的产生与应用是否面向多主体,是否需要在不同主体之间进行验证。④是否存在传统中介组织维系数据管理与信任关系。可以看到,传统教育机构,如学校系统、教育行政部门,一直以权威者的高信任度身份把控着学习者的学习经历与信息。同时,不同学习者不断进行着知识输入与输出,期间不断产生具有记录价值的学习数据与知识资源,具备评价认证、传播共享价值。因此,笔者认为区块链应用于教育领域是具有合理性的。区块链的应用有利于教育数据的记录与管理更加科学可信,保障学习者本身对于学习数据的知情权与所有权等。具体适配说明如图3所示。

  CiteSpace是一款用于计量和分析科学文献数据的信息可视化软件,可以用来绘制科学和技术领域发展的知识图谱,识别某一科学领域中的关键文献、热点研究和前沿方向[5]。通过CiteSpace对筛选后的中英文文献关键词进行可视化分析,发现国内外研究热点有不同进展,存在一定差异。

  从国内研究热点来看,利用CiteSpace对中文文献进行关键词共现与聚类可视化分析,结合关键词聚类图谱,共生成7个聚类标签(如图4所示)。所得图谱的网络节点(Node)数量为65个,密度值(Density)为0.0452,其中M值为0.5928、S值为0.7217。该数据表明所得图谱网络社团结构和聚类效果合理有效。因本文主要研究区块链的教育应用,“#0区块链技术”与“#3区块链”聚类标签不具有分析价值,所以主要关键词聚类标签包括“#1学分银行”“#2人工智能”“#4高校”“#5智能合约”“#6职业教育”。

  通过分析高频关键词“学分银行(0.4)”“去中心化(0.1)”“终身教育(0.09)”“教学信息化(0.07)”等可以发现,区块链教育应用主要指向教育的核心内容——教与学。在“学”上,主要体现在学习成果记录与认证、个性化学习和终身化学习等方向。以学分银行构想为主体的学习成果记录体系的区块链应用,能够记录学习者相应的学习过程,储存相关可信的学习成果,使得成果认证更加权威高效[6][7]。区块链助力自由可信的学分转换机制构建,为学习者跨时空的流动式交流学习提供动力,满足更个性化的学习需求和终身教育的发展[8]。在“教”上,主要体现在教育资源开放与共享、智慧校园建设和产教融合等方向。基于区块链的数字教育资源共享框架有效实现了教育资源交易的智能化,为教育资源共享的开放性、实时性与安全性提供技术支效[9][10]。通过探究区块链构建的智慧校园应用体系,有效促进教育教学的信息化发展[11]。在产教融合方面,利用区块链搭建产教深度融合、协同育人利益共同体,探索多种校企合作模式,加快培养社会适应性良好的高素质人才。总体而言,区块链在教学改革方面的应用都旨在促进教育信息化、透明化和高效化发展,本质上是更好地为学习者本身服务。

  通过分析高频关键词“职业教育(0.18)”“高等教育(0.12)”“在线)”可以发现,区块链教育应用场域主要集中于高等教育、职业教育与在线教育上,这与上述教育阶段与层次对于信息化和智能化的高要求性紧密相关。史强从我国区块链人才培养和高校教育信息化建设两个方面,阐述了区块链对我国高等教育的影响[12]。朱磊结合江苏财经职业技术学院基于区块链的智慧校园建设以及个体学信大数据体系应用,探究了区块链技术在高职院校教育教学中的应用[13]。其中,无论是高等教育还是职业教育,除了要在线下实体校园打造区块链应用平台,还要将区块链应用延伸到校园之外的线上教育。李倩舒以常州开放大学为例,论述了以“学分币”为中心,构建全新的在线教育平台,借助“教育链”推动在线]。总之,在教育场域研究方面,区块链更多地适应了当下学习者学习需求多样化的趋势,为自主学习者提供了便利自由、安全可靠与个性多元的教育服务。

  从国外研究热点来看,利用CiteSpace对英文文献进行关键词共现与聚类可视化分析,结合关键词聚类图谱,共生成9个聚类标签(如图5所示)。所得图谱的网络节点(Node)数量为92个,密度值(Density)为0.0413,其中M值为0.6528、S值为0.5512。该数据表明所得图谱网络社团结构和聚类效果合理有效。所得主要关键词有效聚类标签包括“#0学习分析”“#1数据共享”“#2任务分析”“#3制度”“#4计算模型”“#6人工智能”“#8高等教育”。

  通过分析高频关键词“机器学习(0.12)”“联合学习(0.11)”“深度学习(0.07)”“学习分析(0.03)”可以发现,区块链能够在多种创新型学习方式上提供技术支持,加深了学习方式的变革,并给予学习者更深刻的学习过程数字画像和更广阔的学习空间。在学习分析层面上,有研究者提出一种基于学习结果的教育区块链技术。该技术完成了从学生成绩评价到岗位胜任力评价的结果转换,并将学生胜任力评价的反作用力发送到课程中,实现了课程的持续改进[15]。在学习方式上,有研究者采用DQN算法学习激励机制,设计了基于区块链和智能契约的分布式缓存系统,对深度学习进行强化[16]。

  通过分析“制度(0.05)”“数据模型(0.03)”“计算模型(0.02)”“服务器(0.01)”“管理(0.1)”框架(0.02)”等主要关键词可以发现,国外区块链教育应用侧重用实践进行模型检验,并且在区块链教育应用的管理与制度构建中投入关注。有研究者采用区块链构建电子学习系统的概念模型,并以单词学习社区为例,验证所提出模型的有效性[17]。通过有效管理与应用,模型验证有效,是走向更广泛而深刻实践的前提。有研究者开发了一个基于区块链的解决方案,使规则和约束自动化,能够加强对学生数据的管理并确保数据及隐私的安全[18]。在更深入的实践中,有研究者提出一种利用协同软件、云计算和区块链集成的协同教育管理系统,使数字能力评估的结果可信,最终共享开放数字劳动力市场[19]。国外侧重可信的实践验证模式与有效的管理框架设计,来进一步保障区块链教育应用的发展。

  区块链在教育领域的应用是为教育服务的,而不是“操纵”教育的。随着教育信息化的发展,每一个学习者在终身学习过程中都会产生大量的学习数据,而作为“数据账本” 的区块链与数字化教育相适应,可以为教育发展的迭代升级助力。

  第一,学习过程将被更加精准地把控,促进个性化学习。区块链为教育过程智能化创造了良好机遇,使得整体层面的教育大数据平台建设更具保障性,助力信息数据可视化,精准刻画学生数据画像,及时为家校端与学生端反馈教学过程。通过数据分析精确评估学生学习遇到的问题,并给出针对性解决方案。在具体层面上,区块链技术促进在线教育的进一步发展,为学习者进行多样化教育提供实现路径与选择空间。未来教育的发展趋向个性化和多样化,区块链能够适应教育发展的趋势,将有力促进学习者的个性化教育。

  第二,教育应用深入中小学领域。目前,区块链教育应用多集中于高等教育阶段,随着技术的成熟与实践应用的发展,应用范围扩展到基础教育阶段是具有可预见性的。李静就区块链技术在中小学教育中的应用进行了研究,构建了一个基于区块链的中小学教育机制,该机制能够加强素质教育和能力培养,有效促进中小学教育的健康发展[20]。

  第三,教育跨时空力进一步增强,“半学校”状态显现。未来,随着学分银行建设的成熟,尤其是国际学分的互证互认,学习者不再局限于固定式学习模式,而是进行跨地区、跨国家的自由流动式学习,伴随的是优质教育资源的共享流动,学习者身上的学校标签越来越淡化。学校管理更加智能化、高效化,国际教育间的管理协作越来越便利融通,学习者对于学校等教育权威机构的依赖性越来越低。区块链的应用使得教育活力进一步显现,重新定位学校等教育机构的角色,呈现“半学校”状态,加大释放新教育知识生产力。

  首先,应优化区块链算容力,增强应用持续性。在高等教育领域,支撑高吞吐量、高并发是数据存储的必然需求[21]。因此,要想使区块链教育应用长远发展,需要进一步优化区块链性能以及避免可能存在的技术隐患,尤其在算力与储存力方面。杨现民等提出,与其他存储技术优势互补形成协同效应是解决区块链数据存储空间受限的有效途径[22]。

  其次,高校和科研院所应加强联合研发,注重相关人才培养与输出。要发挥区块链教育应用的最大化价值,离不开应用范围的扩充。高校、科研院所作为技术高地,对于区块链教育应用具有显著的带动效应。联合研发不仅可以加强技术交流与共享,提升区块链技术本身的完善性,更可以在一定程度上扩大区块链教育应用影响力,带来更广泛的应用实践,为全区域甚至全国整体应用积累实践经验。高校作为育人摇篮,同样需要担负起培育区块链教育应用人才的重任,以便为将来的深入应用提供智力支持。

  再次,各地区应通过教育政策引领,扩充“落地”机会与应用范围。教育部学校规划建设发展中心等单位于2019年联合发布《未来教育链白皮书》并发起“未来教育上链行动计划”,对于推动区块链教育应用落地产生了深刻影响,带动以北京、上海和廊坊等为代表的各地积极投入研发与应用。2020年,海南自由贸易试验区和中国特色自由贸易港区块链试验区发布“链上海南”计划,在区块链方面积极寻求创新突破和产业布局,推动区块链的实际应用,抢占区块链产业的制高点。2019 年,京津冀大数据教育区块链试验区在廊坊开发区“京津冀大数据创新产业园”持续深入开展。因此,教育行政管理部门要科学把握区块链教育应用层面的发展规律,引领区块链教育应用的宏观方向,制定细致可操的发展方案,为其进一步发展蓄力。

  最后,国家应尽快完善区块链教育应用的法律法规,宣传普及区块链知识。由于区块链属于新兴技术,相关应用层面的法律法规涉及较少。所以,目前的区块链教育应用还具有相对低的法律门槛和相对高的知识门槛。任何技术的发展都不能“独善其身”,需要相应法律制度的规范,才可以走得更加长远,同样,长远之路也离不开大众的了解与认可。由于区块链有较高的知识门槛,大众对其依旧抱有“因陌生而产生”的怀疑情绪。通过完善相关法规以及知识的推广普及,对于消除大众的知识质疑,进一步推广区块链教育应用将大有裨益。

  区块链是具有长久发展活力的新兴技术,其去中心化的核心特性对于构建安全、可信的发展环境具有推动作用,符合当下社会发展的趋势。因此,进一步发展区块链,寻找具有较高适配性的领域,扩展应用发展范围是应有之义。传统教育领域存在的造假、资源封闭等问题,通过区块链的应用可以更高效地释放教育活力。目前,国内外对区块链教育应用的研究虽然起步较晚,但理论与实证研究兼具,同样印证了区块链教育应用的活力。虽然区块链拥有无可比拟的技术优越性,但在投入传统教育领域应用时,也需冷静对待,不断优化自身特性,提升外部环境条件,以迎接更大的教育挑战,为学习者提供更优质的教育服务。

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  [4]邓上煜,魏周思宇,吴鹏程.关于区块链技术的研究与分析[J].科技风,2019(14):90.

  [6]李志宏,邱亭谕,李可欣.基于区块链技术的学分银行系统研究[J].现代教育技术,2019,29(7):120-126.

  [7]周利平,张景韶,苏理华.基于区块链技术的学分银行学习成果认证体系结构变更[J].湖北函授大学学报,2018,31(16):34-35,37.

  [9]尹婷婷,曾宪玉.基于区块链技术的数字教育资源共享建模及分析[J].数字图书馆论坛,2019(7):54-60.

  [13]朱磊.区块链技术在高职院校教育教学中的应用研究[J].无线]李倩舒.区块链技术助力在线教育发展的路径分

  析——兼论常州开放大学实践思路[J].厦门城市职业学院学报,2019,21(2):84-89.

  [21]周美云,关成刚.契机还是危机:当“高等教育”遇到“区块链”[J].黑龙江高教研究,2020,38(6):6-10.

  [22]杨现民,李新,吴焕庆,等.区块链技术在教育领域的应用模式与现实挑战[J].现代远程教育研究,2017(2):34-45.

  《中国教育信息化》创刊于1995年8月,是由中华人民共和国教育部主管,教育部教育管理信息中心主办,面向国内外公开发行的国家级学术期刊。期刊内容力求全面深入地记录我国教育信息化的建设进展、研究与应用成果和行业发展状况,开展我国教育信息化发展状况调研和教育信息化国际比较研究,服务于国家教育宏观决策;力求全面准确地把握教育信息化相关的方针政策和标准规范,及时追踪ICT前沿技术的发展趋势及其与教育的融合,深度挖掘教育信息化建设与应用的体制、机制创新,服务于我国教育信息化实践。

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