区块链在教育领域应用的可视化分析

赵宜友，赵 霞

(河北经贸大学信息技术学院，河北 石家庄 050061)

1 研究背景

2019年10月24日，中共中央政治局组织了第十八次集体学习[1]，主要提到了区块链技术发展现状和趋势，并强调了区块链技术的特点以及如何合理利用区块链的这些特点，须切实抓住区块链发展的优势，将区块链的发展与创新技术应用的发展相结合，带动高新产业的发展。由此可见，区块链技术已经被纳入国家发展战略层面。区块链具有去中心化，开放性、自治性、信息不可篡改、匿名性等特点。已经应用到数字经济、金融、医疗、教育等领域，尤其在新冠疫情期间，其在教育领域的作用更加突出，网上教学让学生足不出户就能享受到优质的教育资源[2]。我国一直都重视教育的发展，但是我国的教育资源一直呈现碎片化的特点，通过区块链技术，可以将这些碎片化的教育资源整合起来，有利于全国各地的学生学习到系统的知识。因此，研究区块链在教育领域的应用非常有意义。

本文将通过对“区块链+教育”这一主题的文献进行分析，以便深入了解区块链在教育领域的应用热点。

2 研究设计

2.1 研究工具

CiteSpace是一款文献分析可视化软件，它通过运用科学计量学知识，能够合理分析科学文献中的学科发展趋势，并将其可视化[3]。本研究使用CiteSpace 5.8. R3作为研究主要工具。参数设置时间范围为2016年1月到2021年12月，时间切片为1年。

2.2 数据来源

数据主要来源于CNKI，以“区块链+教育”为关键词搜索，搜索到的文献量为1690；然后选定高级检索，输入搜索主题为“区块链+教育”来源类别设置为北大核心、CSSCI、CSCD，搜索到核心文献288篇。通过自动筛选和人工挑选剔除相关性较低的论文，保留260篇与“区块链+教育”主题相关性较高的核心文献进行可视化分析。

2.3 研究步骤

本文首先对所有文献的基本情况(发文年份与数量、发文机构以及被引用次数、每年的引文量)进行统计，并利用CNKI自带的可视化软件对结果进行可视化分析。然后对使用CiteSpace得到的知识图谱，进行关键节点分析与聚类分析找到区块链在教育领域的热点与发展趋势。最后，指出区块链应用于教育领域的场景，以及其在发展中可能存在的问题并给出相关建议。

3 研究结果与分析

3.1 基本情况统计

图1 2016-2021年文献的发表情况

(1)文献发表情况。随着区块链在教育领域应用研究的增多，关于这一主题的发文量逐年增多，图1展示了该主题发文量随着年份的分布情况。从图中可以看出，随着年份的增加，发文量也连年增加，其中，2019—2020年，发表文献数量的增长幅度最大，2021年，文献的发表量最大，达到120多篇。可见，近几年尤其在2019年国家提倡使用区块链技术进行技术革新以后，我国研究者对区块链应用于教育领域的研究方兴未艾。

(2)发文机构排名情况。将Node Types设置为institution，通过CiteSpace得到的机构发文量的排名，发表此主题相关文文献排名前三的机构如表1所示，分别是中国民航飞行学院的现代教育技术中心，发文量为6篇，占总论文比重为2.31%；合肥工业大学法学院发文量为4篇，占比1.54%；杭州电子科技大学计算机学院发文量为3篇，占比1.15%。

表1 国内“区块链+教育”相关文献发文量排名前三的机构

图2 2017—2021年引文量

(3)引文情况。从2019年开始，不仅“区块链+教育”主题的发文量激增，与此相关的文献也逐渐开始被引用。由图2可以看出近三年来，“区块链+教育”主题的文章被引用次数逐渐增多，被引次数总共1930次，篇均被引数达到7.43次。被引用的次数越多说明该文献在这一领域的贡献值越高，具有更高的权威性。在“区块链+教育”这一主题下，文献被引次数排名前五的文献如表2所示。

表2 “区块链+教育”相关文献被引次数排名前五的文献列表

表2中，文献1[4]探讨了区块链技术在教育领域应用的思路与价值，将其应用模式概括为六种，即建立个体学信大数据、打造智能化教育淘宝平台、开发学位证书系统、构建开放教育资源新生态、实现网络学习社区“自组织”运行和开发去中心化教育系统，最后对应用过程中可能面临的挑战进行了分析。文献2[5]讨论了区块链在教育领域的应用概况，展望和讨论对教育可能产生的影响，提出在教育领域可以作为分布式学习记录存储；可为在线教育提供具有公信力和低成本的证书系统；可以作为智能合约，完成教育契约和存证；可作为版权证书工具标记教育资源和学术成果等。文献3[6]剖析了区块链结构的基本原理、技术关联及研究进展，论述了区块链应用的研究现状及展望，并针对如何使区块链更好地应用于实际和隐私保护等问题提出了解决思路。文献4[7]从区块链技术教学、基于区块链技术的教学平台和区块链技术校园传播三个视角论述了“区块链+”教育在欧美教育领域的发展现状，进而探讨了“区块链+”教育的价值和意义，区块链技术在教育领域的应用对社会和个人均存在积极影响，包括满足学习者去中心化的学习需要，扩大受教育机会，提高国家的教育投入，增强个人竞争力和职业发展能力以及促进社会创业等。

由此可见，“区块链+教育”受到我国研究者越来越多的关注，区块链技术已逐渐成为教育领域的研究热点。表明区块链技术作为底层技术在教育领域的应用越来越多，区块链技术以及基于区块链的教育方式正在推动教育领域快速发展。

3.2 研究热点与前沿分析

3.2.1 关键词共现热点分析

对所分析的文献的高频关键词进行分析，将CiteSpace的节点类型设置为keyword得到图3的高频关键词共现图，在图3中，节点圆圈直径越大，表明此关键词在文献中出现的次数越多。表3的高频关键词表更清晰地展现出了这些关键词在文章中出现的频次，以及该关键词的中心性。

图3 高频关键词共现知识图谱

表3 高频关键词表

从图3和表3可以看到出现频次较多的词主要有区块链、智能合约、人工智能、大数据、学分银行、去中心化、信息安全、学位证书等，这些关键词出现的频次较多，表明这些方面是“区块链+教育”的研究热点。从技术方面看，区块链技术可能利用其“智能合约”与“去中心化”的特点与人工智能、大数据等技术结合共同促进教育领域的发展；在应用方面，区块链可能能够更好地保护学生与老师的信息安全，确保学分不被篡改，保证公平性。从教育改革方面来看，区块链能够促进高效的教育形式的改革，推进智能教育的发展，同时有利于终身教育的发展。

3.2.2 聚类分析

关键词聚类图谱建立在关键词共现图谱上，对共现的关键词进行分类得到的关键词聚类图，如图4所示。每个聚类由多个密切相关的词组成的。在关键词聚类分析中，Modularity 聚类模块值(Q值)和Sihouette聚类平均轮廓值(S值)表征着聚类效果是否有效。一般认为Q>0.3聚类结果是合理的，S>0.7聚类是令人信服的。这里聚类使用对数似然率算法(LLR算法)，生成关键词聚类图谱，Q=0.5659且S=0.9568,所以得到的结果是比较合理的，网络节点数N=208，连线数量E=385，中心度D=0.0179。最终，得到13个聚类标签，根据这些标签可以将区块链在教育领域的应用主题分为技术、作用模式、应用场景三类。

图4 关键词聚类分析图谱

(1)教育领域应用到的区块链技术：与技术相关的标签有#0智能合约、#1人工智能、#2以太坊、#3去中心化、#12联盟链，这些都是构成区块链技术的基础。

#0智能合约标签下的关键词有区块链应用、安全多方计算、差分隐私、数据共享。#1人工智能标签下的关键词有开源系统、智能生态、5g+ai;数字孪生；与#2以太坊联系紧密的关键词有信息安全、电子证照、秘密分享；#3去中心化下的关键词有职业教育、业财融合；#12联盟链相关的词有数字图书馆、可信共享、数据共享、信息孤岛。

由这些关键词可知，区块链技术利用其去中心化的特点正在打破传统教育管理者对于教育的绝对管理权，促进教育向更加公平的方向发展[8]。利用智能合约能够将学生的基本信息，以及每次考试的成绩及时传送到网上并储存，并且这些信息一旦生成便不可篡改，有效减少了学历以及成绩作假的现象，应用联盟链，能够打破信息孤岛，促使不同高校之间进行学术交流。人工智能技术，是区块链应用于教育强有力的技术支撑，二者共同推动教育向更加智能化的方向发展。

(2)区块链作用于教育的模式：与模式相关的标签有#8融合、#9产业融合、#10产教融合。#8融合标签下的关键词有在线学习、学习成果认证、学习过程评估；#9产业融合下的关键词有共享经济、数字经济、风险规避；#10产教融合下的关键词有产教融合、联盟、治理机制。

区块链技术应用于学习领域，作为底层技术，能够创建更好的学习平台，为更多优秀的教师提供更多的优质平台，有助于教育走向市场，促进产教融合，同时有利于学生获得更加优质的教学资源[9]。

(3)区块链技术作用于教育领域的应用场景：分别是#4学分认证、#5图书馆、#13新高考。应用区块链技术让学生成绩上链能够为学分认证环节提供便利，传统图书馆图书馆需要管理员将图书进行分类放置，手动填写读者信息，往往这些信息之间不是联通的，应用区块链技术能够将图书馆读者的基本信息以及借阅信息打通，打破图书馆信息孤岛[10]。同时，图书版权溯源等问题也将变得容易。2017年9月，我国第一家基于区块链技术的图书馆已经在深圳开始营业。高考中学生报名信息，与学生的高考成绩存储也可以应用到区块链技术。

3.2.3 按时间脉络的发展趋势分析

通过对关键词聚类或者高频词结合时间脉络进行分析，能够大致推断出该主题的发展历程与发展趋势。

图5是通过CiteSpace 的 timeline view 功能得出的“区块链+教育”时间脉络演进图，能够明显看到聚类主题以及各个关键词出现的年份，当连续出现的时候，会在原来出现的词频上加1，连线的两个端点分别代表该关键词出现与结束的年份。通过对关键词以及时间脉络的分析可得，2016年，出现的大多是一些关于区块链的基本内容；随着区块链的发展，2017—2019年，利用区块链去中心化以及智能合约等内容，区块链与其它一些技术结合如大数据，人工智能，逐步应用到教育领域；2020—2021年，逐步出现学业记录以及智慧服务等较为成熟的教育领域的应用。

图5 时间脉络演进图

图6是关键词时间区域图谱，它能够准确呈现各个关键词出现的时区，准确反应每个时间段出现的热点词，连线的粗细代表了该关键词出现的频次及其与其他热点词之间的联系。通过时间脉络演进的过程还可推算出“区块链+教育”的发展趋势与前沿，并且直观地指出高校的教育是区块链对教育推动的最终目标。

图6 关键词时间区域图谱

3.3 小结与建议

通过以上数据的可视化分析可知：(1)区块链去中心化与不可篡改等特点，使其在教育领域应用的场景和模式越来越多，如“个性化定制学习”“图书馆”“学分银行”“学籍管理”“线上教学”等方面都可以应用到区块链技术；(2)区块链的应用需要其他技术的支撑，如通过与人工智能、大数据等技术的结合，促进教育领域的发展。基于区块链在教育领域应用的热点，提出以下建议：

(1)构建个人学信数据，促进产学结合。区块链技术可以记录个人的学籍信息、各种考试以及测试的成绩以及学分等级情况，形成个人信息的大数据，利用区块链分布式以及不可篡改的特点将这些数据永久保存并存储[11]。在必要时，将这些学业数据在各高校以及公司共享，达到校企精准合作的目的。

(2)构建智能教育自动交易平台，保证交易安全。区块链利用其智能合约签署购买合约并对合约进行存证作为以后出现问题的凭证，保证所有的交易都是安全可靠的，打消学生受骗上当的后顾之忧。并且，不像现在电商平台，基于第三方的交易，基于区块链的所有交易都是自动的，当系统收到购买的申请与付款后，系统会自动将学习资料发放，收到资料以后，购买者无需付款，系统会自动付款，同时智能合约会自动记录购买过程中的细节信息，保证所有的交易都是可追溯、安全、可靠的[12]。

(3)借阅大数据上链，构建智能图书馆。传统图书馆，管理员将图书按照各类摆好，借阅者按照个人喜好进行借阅，管理员将读者的借阅时间以及书目进行记录，虽然各种信息是完整的，但形成了信息孤岛，各种信息之间不连通，通过应用区块链技术，将这些信息上链，能够将这些信息打通，消除信息孤岛。

4 结语

区块链作为一项被国家认可且大力推广的新技术，正在与大数据以及人工智能等其他技术结合，有力地推动着教育领域的发展，其去中心化和不可篡改等特点解决了教育领域多年存在的一些问题，推动教育向更透明化、智能化、便捷化的方向发展。同时，区块链应用于教育领域也存在一些问题，比如，由于区块链技术透明化程度较高，师生的信息隐私保护问题，如何从技术和国家政策与法律支持两方面入手，加强管理。另外，区块链去中心化和不可篡改的特点对于传统的教育管理机构和管理者也造成了一定的冲击，这些问题与区块链技术应用尚未成熟以及技术本身的管理机制有关，因此需要给予更多的重视，加快区块链在教育领域的深入融合和应用。