基于区块链的在线教学案例库构建研究

[摘 要]在线教学案例库是课程教学资源的重要组成部分，如何将数据信息更加准确、及时、全面记录和存储下来是在线教学资源库构建的核心问题。文章依托区块链的技术特点，设计在线教学区块链信息模型，提出基于数据区块生成和数据追溯提取的在线教学案例构建模型，并对案例生成和实现进行了举例说明。通过区块链节点的共同参与和维护，实现在线教学案例库科学构建，为提高在线教学效率、推动在线教学的数字治理提供支撑。

[关键词]在线教学;案例库;区块链;数据区块

[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1008-7656（2021）05-0040-06

一、前言

做好在线教学不仅是现代远程教育教学质量的重要内容，也是新时代在线教学治理的主要环节。要求以在线教育理论为指导，遵循在线教学的基本设计原则和技术适用性构建在线教学环境，高效管理并生成在线教学案例是在线教学效率保障的重要前提和基础。构建在线课程教学案例库，可为在线教学的专业课堂提供优质教学资源和教学案例，为学生提供丰富学习支持服务，但是在教学活动过程中还存在教学资源存储分散、建设重复、管理成本高和安全难以保障等问题。因此，如何促使在线教学信息准确传输和存储是当前在线教学案例库建设的重要内容之一。区块链的出现为在线教学治理带来新的机遇，其去中心化、安全性高、可追溯等特点已在金融交易、认证服务、数字化治理等场景得到应用，其主要优势为信息的共识、共享和安全保障。基于此，文章研究区块链技术应用于在线案例库的主要实现过程，在此基础上提出教学案例库的构建模型，即在教学案例上传和共享过程中，各参与主体通过区块链节点权限和加密机制将在线教学产生的数据实时写入区块链，便于在线教学数据的共享和扩展。

二、相关研究综述

（一）在线教学案例库

案例教学作为在线教学的重要部分，已经广泛应用于在线教学机构的教学过程中，它可以提升在线教学的质量。在线教学案例的设计原则是对知识点进行有效关联，通过教师的具体讲解和互动，帮助学生建立知识体系，可激发学生的探究需求，帮助学生提升自主学习能力。因此，通過案例教学提升课堂学习质量是很多在线教学平台和学校的常用做法，在线教学机构应当积极推进教学改革，推广案例分析融合教学过程的教学法，助力提升在线教学的质量和水平。在线教学案例包括讲课视频、教案PPT、拓展学习资料、习题库、作业库、教学活动等要素。在线教学案例库是以结构化的方式将教学活动中的知识和技能进行合理展示和表达，便于在线教学平台识别、存储和应用，是在线教学活动中课前预习、课中管理和课后复习的重要依据。不少学者基于在线教学平台构建了教学案例，以实现课程知识的高效传递和应用：高静静[1]以机电英语课程为研究对象，通过长江雨课堂教学平台以在线直播、录播等形式进行线上教学，尽管不与学生面对面授课，但采取在线教学依旧能取得较好的教学效果;徐国保[2]提出了基于学习通快速建课和学生自主学习，腾讯课堂在线直播授课，班级小管家微信小程序评阅作业，微信课程群互动答疑的“电路分析”课程的在线教学新模式，并在理工科院校专业基础课的在线教学中推广;肖红[3]等以数字图像处理课程为例，梳理总结教学设计的课前准备，通过课中互动提升学生的知识应用能力，并在课后反馈中及时解决学生在学习过程中存在的问题。

基于此，根据教学需要构建在线教学案例库，可实现教学资源的共享，减少教师的重复劳动，教师可以直接从案例库中获取所需教学资源;案例库的使用与教师集体备课有相同之处，即通过案例的交流和共享达到教学质量的有效提升。

（二）区块链与在线教学治理

区块链技术已在金融、供应链、政府治理等领域得到应用，正向在线教育领域推广，未来区块链与在线教育将会进行融合创新，将在教学过程管理、教学资源管理、教学质量评价和教学成果认证上有着很好的应用价值和前景。有学者认为，区块链技术是目前最有可能在未来10年中取代互联网的革命性技术[4] 。区块链进行P2P的传输后将达成共识的教学数据进行非对称加密，然后进行分布式存储，将在线教学信息全部存储在数据区块中。不少学者也根据教学需求对案例进行仔细甄别和筛选，尝试通过区块链技术来为在线教学提供支持。Patrick Ocheja等[5]提出利用区块链技术记录学习者的个人信息、学习行为和学业表现，帮助教师、学生和教学机构管理学习数据。蔡维德等[6]提出了账户区块链（account blockchain，简称 ABC）和交易区块链（trading blockchain，简称 TBC）的双链设计模型，可用于解决教育公信认证复杂等问题。李新[7]提出区块链技术的独特优势构建开放教育资源新生态，解决当前开放教育资源建设面临的运营成本高、版权保护弱、资源共享难和资源质量低等现实问题，以适应智慧教育时代对资源开放共享的新要求。冯熳[8]认为区块链为教师、学生、教育工作者等搭建起了一个安全、可靠、互相信任的技术平台，每个节点有责任、有义务共同承担起系统的维护、管理，促进网络学习环境下学习模式的发展。此外，一些教学机构也将区块链技术用于教学管理当中，如Woolf作为世界第一所基于区块链技术而创立的大学将成为一个经过认证的“无国界远程教育的先行者”，其核心在于通过区块链技术中的智能合约代替管理机构和行政人员，它的出现会对远程学习支持服务模式给予颠覆性重构[9]。索尼集团也开发了基于区块链的面向个人和第三方企业的教育服务平台，通过分析记录在区块链上的真实数据，向学习者提供与他们兴趣和能力匹配的学习内容，学习者可以自由安排学习和考试时间，其学习数据被永久储存在区块链平台上[10]。基于此，区块链的去中心和共识机制等特性可以实现教学案例的定制和共享，将教学案例信息按区块逻辑进行组织和共享，教师们可在链上参与更新操作，不再依赖中心化的教学资源库，有助于调动师生参与案例开发的积极性。

综上所述，由于基于区块链的在线教学案例库构建研究相对较少，现有的设计与开发缺少对案例共享和安全保护的实践，案例的质量保障机制还有待于完善，案例信息需要进一步规范化描述，参与教学的主体交互和共享力度不够，案例数据的真实性、可靠性和可追溯性还需要提升。另外，区块链技术的应用为在线教学案例库设计和开发提供了新思路，其技术特点有助于在线教学案例信息的利用率和质量提升，可以在多个教学主体之间达成评价共识，为在线教学案例库需要的真实、可信、全面教学数据提供了有力支撑。因此，本文尝试构建基于区块链的在线教学案例库，并在此基础上提出基于区块链的在线教学案例库模型。

三、区块链在线教学案例库框架

区块链在线教学案例库改变了传统中心化的教学资源共享模式，构建了扁平化的教学管组织架构，从而提高了教师、学生、管理人员、技术人员和教辅部门沟通与协作。在线教学案例库的主要功能是信息检索、数据溯源、流程监控等，其架构主要分为五层，即数据层、网络层、共识层、合约层和应用层，从而实现在线教学案例信息的录入、溯源、监控和应用，具体框架如图1所示。

数据层的主要功能是存储经过非对称加密算法的各类教学数据，并进行分类、查询和检索操作，包括在线教学的课前预习、课中教学和课后复习等环节的过程数据。

网络层主要功能是各节点之间的数据传输和验证是通过P2P 、非对称加密、节点数据验证等机制来完成，其中，教学数据的动态更新和维护需要通过节点的共识机制来完成，共识机制由共识层来处理完成。

共识层的主要功能是通过设计一系列反映方法和规则的共识算法来确保教学服务和资源的安全性和高效性。共识机制让每个节点通过具体的方法和规则保持数据的真实性和准确性，常用的共识算法包括DPOS、POW、PBFT。

合约层的主要功能是通过封装各类智能合约代码，使在线教学案例库能够进行智能传输和处理相关数据信息。合约层主要封装节点认证管理合约、信息处理合约、情报采集合约、日志记录合约等。

应用层的主要功能是实现在线案例在相关的教学场景中的具体操作，通过各种软件的 API 接口实现外接口与区块链的交互，实现在线教学数据的上传、共识、查询、溯源、监控、决策操作。

四、基于区块链的在線教学案例库构建模型

基于区块链的在线教学案例库构建模型以各学科教学案例为基础，设置参与教学的主体为节点，将案例教学过程中产生的信息形成数据区块在平台中传输和共享，并通过信息检索将案例教学的课前预习、课中教学和课后复习等信息提取并写入结构化的在线教学案例中，模型具体构建过程见下页图2。

第一阶段，案例生成和审核。针对符合在线教学资源教学和建设标准的课程内容进行分析和审核，教师和技术人员达成共识后传输到区块链上存储。

第二阶段，案例区块生成。在线教学过程包括教学设计、学习特征分析、教学内容分析等环节。首先，使用非对称加密机制分配的密钥对上传到区块链的案例信息进行解密，为开展在线教学提供信息基础;其次，通过节点权限对每个主体节点的在线教学信息进行电子签名，将存有案例信息的区块向全链验证和广播;最后，当超过51%的节点认证通过后，使用智能合约查阅审核中的合约状态，存有案例信息的区块将被盖上时间戳，未满足智能合约触发条件的案例信息将继续存放在区块，等待下一轮验证。

第三阶段，数据追溯提取。在线教学案例提交完成后，将在线教学案例中涉及的关键信息进行提取，以便对链上的数据区块进行反向追溯，全面掌握案例教学的实施环节，为后续写入在线教学案例提供数据依据。

第四阶段，案例信息表示结构。结构化表示可为在线教学案例的开发提供规范性，是在线教学案例最终的表现形式和交互逻辑。将提取到的在线教学情景信息按预先设定好的标准格式和呈现方式写入结构化的案例中，最后存储于案例库。

第五阶段，案例信息的应用。通过案例库的应用模块，将教学过程生成的案例信息进行处理和应用，区块链个节点可实现案例检索、教学过程监控、案例溯源和案例推荐等功能，实现在线教学信息的传播和共享。

五、基于区块链的在线教学案例生成流程

数据区块主要存储在线教学过程生成的数据，对其数据源生成和提取是案例构建的关键，同时也是应用区块链构建案例的主要功能和关键环节。本部分介绍数据区块生成和数据追溯提取的步骤，采用Python语言对其核心步骤的实现进行说明。

（一）数据区块生成

区块链上的数据区块包含时间戳、教学案例信息、数据索引、当前区块哈希值和前一区块哈希值。其中，哈希值是可将任意长度的字符串输出为固定长度的字符串，用于识别区块的完整性和可追溯性，由区块索引、时间戳、教学案例信息和前一区块哈希值计算得出，定义数据区块结构如下页图3所示。

（二）案例数据区块上链

相邻区块的哈希值变动将影响数据区块的生成，链式的数据结构通过修改哈希值增加至区块链中，实现案例数据的共享和传播。图4表示Python的For函数可用于区块链区块的添加功能，实现新增数据区块上链。

（三）案例数据追溯

在线教学案例包括课前预习、课中教学和课后复习，每一情景下包括具体的情景描述，可以通过类和属性构建，代码实现如图5所示。

六、结语

通过在线教学案例进行教学设计、实施和决策是在线教学的重要方式，是教育信息化推动教育现代化的重要内容。本文针对案例库开发和运行过程中出现的教学数据实时性不强、准确性不高、过程监控不完整等问题，提出基于区块链技术的在线教学案例库的构建路径和运行方式，将在线教学过程中面临和涉及的数据、结构和应用进行设计和开发，最后形成完整的在线教学案例，同时阐释了在线教学案例构建中案例数据的生成和溯源两个关键环节，即借助区块链P2P机制、数据区块结构和加密传输算法，将在线教学过程各节点数据信息真实、准确、完整地记录和存储在区块链上;借助相邻节点数据区块的哈希关联特点实现在线教学全过程数据区块的定位和溯源，通过提取和写入各数据区块中的信息数据实现在线教学案例的生成。

[参考文献]

[1]高靜静.“停课不停学”背景下在线教学案例分析——以机电英语课程为例[J].电大理工，2020（4）：45-48.

[2]张耀民，贾利娟.“提前谋划、转危为机”在线教学案例分析——以《软件测试》课程为例[J].陕西广播电视大学学报，2020（3）：63-67.

[3]肖红，解红涛，刘芳，等.细心准备 用心设计 实现“入心”学习效果——“数字图像处理”在线教学案例设计[J].教育教学论坛，2020（33）：307-308.

[4]丁未.基于区块链技术的仪器数据管理创新系统[J].中国仪器仪表，2015（10）：15-17.

[5]Ocheja P，Flanagan B， Ogata H， et al.Connecting decentralized learning records： a blockchain based learning analytics platform[C].learning analytics and knowledge，2018：265-269.

[6]蔡维德，郁莲，王荣，等.基于区块链的应用系统开发方法研究[J].软件学报，2017（6）：1474-1487.

[7]李新，杨现民.应用区块链技术构建开放教育资源新生态[J].中国远程教育，2018（6）：58-67+80.

[8]冯熳，陈琳.区块链技术：推动教育变革的新兴技术[J].中国医学教育技术，2017（6）：613-617.

[9]Woolf.   Woolf    white    paper [EB/OL] .（2018-09-20）[2021-8-10].https：//woolf.university.

[10]Nancy Louis.Sony Global Education Develops Technology Using Blockchain for Open Sharing of Academic Proficiency and Progress Records[EB/OL].（2016-02-23）[2021-8-10].http：//www.sony.net/Sony Info/News/Press/201602/160222E/index.html.

[作者简介]邓明，广西开放大学教育技术中心工程师，硕士，研究方向：计算机应用、教育信息技术。

[责任编辑 肖志明]