高校虚拟共享空间研究

佘欣媛

[哈尔滨工业大学（威海）图书馆，山东威海 264209]

一、背景

当前，社会对人才的要求越来越高，学生不但要有充足的理论知识储备，而且要具备较强的动手能力。因此，高校要不断调整人才培养方向及培养方式，不但要为学生提供完整的数据资源平台，而且要为学生提供培养科研能力和实践能力的平台。美国加州大学伯克利分校的苏塔佳创业和技术中心（SCET）为学生开设了18门创业类课程，涵盖了创业意识、科技创业知识、科技创业实践等内容。创业类课程的教师通过讲座、演讲、课堂授课等形式向学生传授创业与技术的基础理论知识，并辅之以项目导向的实践活动[1]。我国70%以上的大学建设了创新创业实验室，如清华大学的iCenter创客空间、北京大学的极客实验室、浙江大学的硅谷创业实验室[3]。国内外实践教育多以线下为主，线上平台较少，有学者提出改进型MOOC平台，增加分组、成绩等评价体系[3-4]，还有学者针对学生的图书借阅、信息咨询、在线浏览等行为提出用户特征建模理论模型[5]，但少有针对学生实践教育的信息管理平台实施案例。综上所述，当前，拥有线上实践教学空间的国内高校较少，且相关研究多以理论研究为主[6]，供学生使用的在线实践学习平台还比较少。高校应加大对学生实践教育的支持力度，出台更贴合学生需求的教育辅导政策。针对学生习惯在网络上寻找学习资料进行在线学习这一特点，高校可以将实践教育、双创等活动搬到线上来，提升学生的参与积极性。

笔者旨在搭建融合社会技能、科研信息的虚拟共享空间，为学生提供交流、共享的渠道，并扩大学生的信息面，促成潜在的团队合作或者课题发现。同时，笔者旨在为师生提供个人信息空间，方便师生将个人的科研资料、成果、实践项目等信息存储在虚拟空间服务器上。这样不仅打破了实践活动在物理空间上的限制，而且保证了个人数据的安全性，避免了个人因中毒、掉线等原因造成的信息丢失或泄露。

二、虚拟共享空间设计

（一）前端设计

虚拟共享空间前端功能模块主要分为两大子模块：虚拟学习空间和个人信息空间。

虚拟学习空间主要推送前沿科研资讯，为个人或团队提供交流技术、分享经验的平台，给项目团队及兴趣小组提供发布招募合作伙伴或团队合作信息的空间。虚拟学习空间能分类汇总多学科视频类、文本类、项目类、实验类学习资源，为学生提供多元化的学习资源，特别是实践类资源。虚拟学习空间允许个人或团队上传分享审核后的实验数据、代码、结果等，为其他用户所共享。

个人信息空间设有存储服务器，采用区块链技术保证私密数据的存储安全及传输安全，供个人或团队在线存储科研及项目资料，用户可选择信息是否对其他用户开放。在线数据存储服务不仅能方便学科团队间共享数据信息，而且可以为团队提供专业的安全保护，防止数据丢失或泄露，实现个人或团队随时随地接入网络获取数据，打破实验、研讨在物理空间上的限制。虚拟教学共享空间功能划分如图1所示。

图1 虚拟教学共享空间功能模块划分

1.虚拟学习空间

虚拟学习空间是供学生交流信息、在线学习、下载数据的专业共享平台，包括7个功能模块：信息推送、合作交流、技术交流、成果展示、资源共享、学习资源、常用工具下载。

（1）前沿信息推送

前沿信息推送模块能从权威的科研信息平台、技术交流论坛、技术交易网站、社会主流招聘网站定期搜集前沿科研信息和企业技术发展动态，为每条信息划分详细的学科分类和方向，并将信息推送给不同专业、不同需求的学生。有科研需求的学生可以重点关注国内外新技术的发展信息，实践类学生可以把主要精力放在企业需求、竞赛、兴趣小组上。前沿信息推送模块在节省学生信息筛查时间的同时，可以提高学生对信息吸收质量。

（2）学习资源

学习资源模块能利用高校图书馆现有的资源优势汇总各专业数据库、视频、文本、影音、电子文档类学习资源，并分类分学科显示。

（3）成果展示

成果展示模块能汇总学校团队参与历届竞赛、活动情况及获奖情况，实验成果、产品以图片、动画、视频、声音等方式展示在平台页面上。

（4）合作交流

合作交流模块能为用户提供平等的无障碍沟通平台。系统采用区块链数据链式存储、点对点交易、编写交易规则等手段保证用户数据的安全性、交易的可靠性以及去中心化。按照用户交流目的，合作交流模块的功能可细分为三个主题：①技术交流：类似于知乎等在线交流论坛，用户可以就某项技术或者问题发起提问，其他用户参与讨论；②数据共享：用户可以上传、下载数据，空间划分不同的学科分区，用户按照分区寻找所需要的项目资料、实验文件、实验数据、实验结果等数据；③招募合作：学生或团队可以通过平台发布合作信息和实验需求，例如，对某专业人才的需求、对硬件设备的需求、对某项技术的需求等。

（5）常用工具下载

常用工具下载模块提供常用软件、平台、工具、操作系统下载。例如，3D建模常用的建模软件123Design、SolidWorks，工程制图软件AutoCAD，数学制图类软件MatLab，论文格式类软件Latex等。

2.个人信息空间

平台能为用户提供个人存储空间，用户可在存储空间上传个人信息、科研文献、实验数据、实验环境配置、项目工程文件、数据集、项目成果等。信息密级分为两级，一级为公开共享数据，其他用户通过平台认证后可浏览、下载；另一级为保密数据，只允许上传用户做增、删、改、查操作，对其他用户透明。一方面，个人信息空间能实现用户随时接入异地存取数据；另一方面，个人信息空间能为用户提供建立个人学术社交账号的平台，其他用户可以根据上传者的日常分享、项目资料等信息了解彼此的研究方向。

（二）后台设计

1.系统结构设计

虚拟教学共享空间模型物理架构分物理层、网络层、应用层三个层次，如图2所示。物理层包括供存取用户数据的存储模块及其管理服务器、提供虚拟空间前台应用服务的网站群服务器。数据存储模块负责存储用户的个人信息（如科研信息、项目信息、实验数据等）。存储管理模块负责管理数据格式、存取方式、安全策略、空间分配、文件格式等信息，并对存储模块的性能进行监控。网络层指为平台提供网络交互环境及数据安全保障的硬件设备及系统。应用层指面向用户的功能界面。

图2 虚拟教学共享空间物理架构

2.系统安全性及去中心化

为了保证个人非公开数据的安全性，本文采用区块链部分机制、原理存储数据及管理传输。区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式，包括数据层、网络层、共识层、合约层和应用层五层，如图3所示。

图3 区块链层级架构

本系统将用户数据以块的形式存储在数据库中，每个数据块包括数据本身、前后区块哈希值以及密钥。哈希值可以简单地看成链接地址，使数据块形成链式结构，这种链式结构一旦更改，其中一个数据节点也势必会造成前后节点信息的不一致性，从而在一定程度上防止了数据被篡改。网络层采用P2P网络传输架构，系统服务器及用户个人的电脑均作为节点接入网络，节点之间完全对等，不存在核心节点。节点间传输数据不需要第三方验证，一定程度上防止了数据被篡改。共识层采用POS（ProofofStake）权益证明机制：当整个网络出现因延迟或节点故障造成的错误数据等问题时，由主服务器验证裁决数据有效性。共识层机制可以让节点就恶意节点攻击行为或者网络故障等原因引发的数据分歧如何仲裁彼此达成共识，减少错误处理时间。平台允许用户间进行有偿的数据共享交易。为保障交易双方的权益及交易的安全性，系统合约层嵌入了人为编写的交易规则代码，交易双方需按照规则完成交易。合约层的规则代码自动执行，不需要第三方监督或者人工参与，具有独立性。如果交易中断或遭恶意破坏，合约规则将保护交易方的权益，安全性提高。本平台的其中一个目的是希望能够激发学生的创造热情，为学生提供激发灵感、无障碍沟通的全互联平台。以往的线上社交平台多依靠管理方进行信息推送等资讯推荐，虽然这样可以让大部分用户及时接触新的信息，但是由于看到的都是类似的内容，这在一定程度上不利于创意的产生。

在以区块链为基础的共享平台中，每个用户均被看为平等的节点，用户可以使用自己的服务器创建属于自己的独立空间甚至社区，整个平台的交流模块由若干个用户空间或社区组成。由于使用的是自己的服务器，缓解了用户对数据隐私性的担忧。去中心化的平台使用户减少了对官方推荐信息的依赖，每个人都有机会被其他人看到，质量好的内容被更多人推荐，曝光率更高。

三、平台实现及关键技术

（一）用户界面

以哈尔滨工业大学（威海）图书馆虚拟共享空间为例，学校使用Web Plus Pro网站群平台作为虚拟空间的前台开发平台。该平台是一个组件式开发平台，通过添加组件的方式即可完成个性化页面的基本布局。平台能够实现与校园用户的统一身份认证系统的对接，在应用层完成了用户合法身份的验证，并且具备防止数据库sql注入、防止篡改页面脚本、防止口令破解等主流网络攻击手段的完全防护策略。虚拟教学共享空间首页设计界面如图4所示。

图4 虚拟教学共享空间首页设计界面

为了充分利用图书馆丰富的学习资源，空间作为二级子网站挂靠在图书馆官方网站下级。空间采用多层体系架构设计，虚拟共享空间信息资讯界面如图5所示。一级菜单栏与功能设计模块相对应，分别包括信息资讯、合作交流、学习资料、成果展示、工具下载、个人空间六个菜单。其中，信息资讯模块下又分为活动信息、竞赛信息、考研资讯、公考资讯、课题、项目资讯六个细化分类。合作交流模块包括技术交流、资源共享、招募合作三个部分。个人空间模块包括基本信息、我发布的信息、我的数据三个子模块。

（二）用户数据存储

用户数据以区块的形式存储在数据库中，每个区块除了包括用户所存数据以及对数据的交易信息，还包括记录本块数据大小的数据量、用于唯一标识本区块的哈希值、用于形成链式结构连接前后区块的前一区块哈希值和后一区块哈希值、用于零知识证明的默克尔树根。默克尔树根由区块内所有数据的哈希值拼接而成，若其中任何一部分数据被修改，会造成区块默克尔树根值发生变化。因此，默克尔树根可以用来防止信息被恶意篡改或者区块间的零知识证明。当出现交易纠纷或者恶意交易时，区块间采用POS机制，即由图书馆节点对交易进行裁决。数据区块设计见表1。

表1 数据区块设计表

四、结束语

高校虚拟共享平台是一个供学生在线学习、数据下载、技术交流的网络实践教学平台，集合了前沿信息推送、合作伙伴寻找、数据共享、在线学习、技术交流等功能。学生可以在平台上获取不同专业学科团队的研究成果信息、最新动态，沟通学习，也可以在平台数据共享模块下载数据资料供个人实验使用。应用型学生可以通过平台参与兴趣小组、组队课创，提前锻炼企业工作所需的技能。学生在有针对性的训练过程中提高动手能力，降低社会培养成本。对于科研型学生，平台会定期推送最新的科研资讯，学生可以实时获取最新的专业信息。同时，平台也为学科团队提供专业知识交换平台，有相似研究意向的团队可以进一步沟通合作。学生通过参与课题、项目研究，加深对科研的认识，学习科研工作方法，积累科研经验。实践是高校学生配合理论课程学习必不可少的环节，学生在实践中加深对知识的理解，培养科研能力和社会实践技能。高校的虚拟共享平台可以解决学生在寻找实践活动、学习实践知识等方面存在的问题，扩大了在校学生的信息面，增加了学生的实践机会，拓宽了团队的沟通合作渠道，让学生有可信赖的线上知识实践平台。