張忠華 王冀魯 朱向榮 崔學(xué)軍 劉也箐

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*——以北京外國語大學(xué)的“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目為例

張忠華1王冀魯2朱向榮3[通訊作者]崔學(xué)軍4劉也箐1

（1．北京外國語大學(xué) 信息技術(shù)中心，北京 100089；2．北京外國語大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100089；3．北京外國語大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院，北京 100089；4．北京外國語大學(xué) 教務(wù)處，北京 100089）

目前，區(qū)塊鏈技術(shù)因其防篡改性而在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，但其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用尚未普及，實(shí)踐成果更是鮮見。而將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域中的學(xué)分銀行系統(tǒng)建設(shè)，不僅可以創(chuàng)新學(xué)分銀行的管理方法，還可以提高學(xué)分銀行的可信度，發(fā)揮學(xué)分銀行在人才培養(yǎng)方面的積極作用。基于此，文章以北京外國大學(xué)的“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目為例，進(jìn)行了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的實(shí)踐探索，重點(diǎn)闡述了建立在區(qū)塊鏈平臺(tái)基礎(chǔ)上的學(xué)分銀行的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程，并分析了系統(tǒng)的試運(yùn)行情況與評(píng)價(jià)結(jié)果。文章的研究是區(qū)塊鏈技術(shù)與教育領(lǐng)域深度融合的一次嘗試，對(duì)于人才培養(yǎng)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

區(qū)塊鏈技術(shù)；學(xué)分銀行；分布式賬本；去中心化管理；人才培養(yǎng)

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式[1]。而區(qū)塊鏈技術(shù)誕生于2009年，2019年開始進(jìn)入泛區(qū)塊鏈應(yīng)用階段，即區(qū)塊鏈技術(shù)融入科學(xué)、醫(yī)療、教育，出現(xiàn)“區(qū)塊鏈+人工智能”[2]。2019年，習(xí)近平總書記在中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)區(qū)塊鏈技術(shù)的重要作用[3]，引發(fā)了全社會(huì)對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的高度關(guān)注。區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)主要有分布式賬本、共識(shí)機(jī)制、智能合約、密碼學(xué)。其中，分布式賬本是指在鏈上的每個(gè)不同節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)完整的交易記錄賬本，這些賬本可以作為監(jiān)督交易合法性的共同佐證[4]。區(qū)塊鏈技術(shù)與傳統(tǒng)學(xué)分銀行系統(tǒng)相融合，可以創(chuàng)新學(xué)分銀行管理方法，提高學(xué)分銀行的可信度。

一 傳統(tǒng)學(xué)分銀行需要利用區(qū)塊鏈技術(shù)來改進(jìn)

在教育界，“學(xué)分銀行”的概念并不陌生。學(xué)分銀行即“學(xué)分+銀行”，是將一個(gè)個(gè)學(xué)分累積起來組成“銀行”，學(xué)習(xí)者將獲得的學(xué)分存入學(xué)分銀行，累積到一定分值就可完成學(xué)業(yè)，取得相應(yīng)的證書。在學(xué)分銀行，學(xué)習(xí)者可以靈活地選擇學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)地點(diǎn)，甚至連學(xué)習(xí)經(jīng)歷也可折合成學(xué)分，并可以將這些信息存入學(xué)分銀行[5]。學(xué)分銀行與區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合，可以優(yōu)化學(xué)分銀行的管理模式，提高其管理效率和社會(huì)可信度。

1 傳統(tǒng)學(xué)分銀行中心化管理模式的不足

由于傳統(tǒng)學(xué)分銀行中學(xué)習(xí)成果認(rèn)定的基本流程主要由認(rèn)證點(diǎn)初審、管理分中心復(fù)審、管理中心終審等環(huán)節(jié)組成，各環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)信息差，因此學(xué)分銀行提供的學(xué)分證明證書可信度并沒有保障，學(xué)分銀行實(shí)質(zhì)上只是充當(dāng)了第三方機(jī)構(gòu)的作用[6]?？梢哉f，基于中心化管理模式的傳統(tǒng)學(xué)分銀行不但管理成本高，而且數(shù)據(jù)的真實(shí)性也難以保證。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)可實(shí)現(xiàn)學(xué)分銀行的去中心化管理

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)去中心化的數(shù)據(jù)庫，區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)如密碼學(xué)、分布式賬本、智能合約等均有去中心化的功能，其綜合應(yīng)用可以克服傳統(tǒng)學(xué)分銀行中心化管理的固有缺點(diǎn)，并能充分發(fā)揮去中心化管理，有利于提高學(xué)分銀行的社會(huì)認(rèn)可度，便于推廣與普及。

3 探索區(qū)塊鏈技術(shù)在學(xué)分銀行的融合應(yīng)用

近年來，國內(nèi)外發(fā)表了不少關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于學(xué)分銀行的論文，但多限于理論層面的構(gòu)想與探討。另外，盡管國外已有將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于學(xué)分互認(rèn)、數(shù)字版權(quán)等相關(guān)方面的成熟案例，但區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于學(xué)分銀行的真實(shí)案例還難以找到。因此，有必要對(duì)如何在學(xué)分銀行系統(tǒng)中融合應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，并開展基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的實(shí)踐探索。

二 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本研究以北京外國語大學(xué)“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目為例，來闡述基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該項(xiàng)目面向全國中小學(xué)的外語學(xué)習(xí)，主要服務(wù)于以俄語、日語、德語、法語、西班牙語為第二外語的K12階段學(xué)習(xí)者。“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容是：借助大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、協(xié)作多點(diǎn)傳輸、人工智能識(shí)別、云計(jì)算等信息技術(shù)，完成外語教學(xué)過程、動(dòng)態(tài)/靜態(tài)效果評(píng)估、信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)篩查、成果校驗(yàn)等全方位工作，實(shí)現(xiàn)外語智慧課堂與外語學(xué)分銀行的結(jié)合運(yùn)用，并進(jìn)一步分析學(xué)習(xí)者綜合素質(zhì)培養(yǎng)的發(fā)展趨勢，從而為國家借助信息技術(shù)推進(jìn)外語創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供重要依據(jù)。下文將從基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)架構(gòu)、與教務(wù)系統(tǒng)之間的對(duì)接、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

1 設(shè)計(jì)思路

（1）學(xué)分銀行與區(qū)塊鏈技術(shù)相融合

質(zhì)量是學(xué)分銀行樹立公信力的堅(jiān)強(qiáng)基石，沒有公信力的學(xué)分銀行難以立足，更不可能獲得持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力[7]。眾所周知，區(qū)塊鏈在技術(shù)上很好地解決了多方信任的問題，故區(qū)塊鏈技術(shù)用于學(xué)分銀行的建設(shè)可以確保學(xué)分銀行的公信力。此外，由于區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)可溯源和防篡改性，可以保證學(xué)分銀行信息真實(shí)、可靠。而學(xué)分銀行的核心功能是認(rèn)證、積累、轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)、證書、學(xué)歷、成績證明、終身檔案，這些都需要學(xué)分銀行的數(shù)據(jù)具有真實(shí)性、開放性、防篡改性、共識(shí)性、數(shù)據(jù)永久性等特征。由此可見，區(qū)塊鏈技術(shù)與學(xué)分銀行相融合，可以使學(xué)分銀行發(fā)生根本性變化，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性升級(jí)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

（2）基于區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新學(xué)分銀行

①創(chuàng)新學(xué)分銀行的認(rèn)證模式，簡化認(rèn)證流程。在區(qū)塊鏈技術(shù)中，分布式賬本的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是大大簡化了學(xué)分銀行的認(rèn)證流程，使學(xué)習(xí)成果認(rèn)定環(huán)節(jié)發(fā)生很大變化。與傳統(tǒng)的認(rèn)證模式相比，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)歷、學(xué)位、證書認(rèn)證模式將整個(gè)認(rèn)證流程進(jìn)行了簡化：申請者提交查詢申請后，無需等待即可查看平臺(tái)上已錄入的信息并進(jìn)行比對(duì)，這樣就免去了學(xué)校進(jìn)行檔案認(rèn)證后反饋認(rèn)證報(bào)告的復(fù)雜操作，極大地節(jié)約了時(shí)間與人力成本，提高了工作效率。利用區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)者成績、終身學(xué)習(xí)檔案等相關(guān)信息進(jìn)行分布式記錄與存儲(chǔ)，并永久保存，可形成學(xué)習(xí)者個(gè)人成長信息大數(shù)據(jù)鏈條。在有需要時(shí)，獲得數(shù)據(jù)共享授權(quán)的企業(yè)可以通過平臺(tái)獲取學(xué)習(xí)者的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，達(dá)到學(xué)校與企業(yè)無縫對(duì)接的目的。

②創(chuàng)新學(xué)分銀行數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，提升數(shù)據(jù)的可用性與長期有效性。傳統(tǒng)學(xué)分銀行采取中心化管理方式，需要設(shè)置多種相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)交換成本較高，技術(shù)對(duì)接和維護(hù)困難，因此需要利用去中心化的相關(guān)技術(shù)手段，提供去中心化管理服務(wù)。而區(qū)塊鏈的本質(zhì)就是分布式數(shù)據(jù)庫，其通過分布式存儲(chǔ)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存放。因此，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)可以克服傳統(tǒng)學(xué)分銀行中心化管理的不足，創(chuàng)新了分布式存儲(chǔ)方式。例如，可以同時(shí)讓多個(gè)教育機(jī)構(gòu)通過區(qū)塊鏈將各自的學(xué)分銀行數(shù)據(jù)進(jìn)行公開和分享，各系統(tǒng)只需進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的適配即可，無需再單獨(dú)設(shè)計(jì)共享協(xié)議。通過區(qū)塊鏈技術(shù)建成去中心化管理的學(xué)分銀行，各教育機(jī)構(gòu)就能進(jìn)行學(xué)習(xí)成果認(rèn)證和轉(zhuǎn)換[8]。同時(shí)，學(xué)分銀行數(shù)據(jù)可以跨鏈傳輸，如與人才招聘系統(tǒng)、征信系統(tǒng)和信貸系統(tǒng)相連接傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，方便用人單位選人、用人，直接為社會(huì)服務(wù)。此外，利用區(qū)塊鏈技術(shù)可以將學(xué)分銀行的數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，這就確保了學(xué)分銀行數(shù)據(jù)的長期有效性。

③創(chuàng)新學(xué)分銀行數(shù)據(jù)的加密技術(shù)，保障數(shù)據(jù)的真實(shí)性與隱私性。采用中心化管理的傳統(tǒng)學(xué)分銀行無法解決信任和篡改問題，只能靠運(yùn)營方的品牌和聲譽(yù)來建立信任，且學(xué)分信息查詢也不方便。而運(yùn)用去中心化的區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)分銀行，可以實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)創(chuàng)新，從根本上解決這些問題。眾所周知，憑借分布式賬本、共識(shí)機(jī)制、智能合約、密碼學(xué)等區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)，可防止數(shù)據(jù)被篡改，故基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)可以保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性與隱私性。

2 基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)

將傳統(tǒng)學(xué)分銀行與具有防篡改性的區(qū)塊鏈技術(shù)相融合，可以優(yōu)化傳統(tǒng)學(xué)分銀行的認(rèn)證模式并提高學(xué)分銀行的可信度。但是，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)首先要依托具有智能合約功能的區(qū)塊鏈層所構(gòu)成的底座，才能在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)學(xué)分銀行的去中心化管理，并實(shí)現(xiàn)普通用戶接入?；诖耍狙芯吭O(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，包含智能合約、學(xué)分銀行、普通用戶端三大模塊，如圖1所示。其中，普通用戶可以通過移動(dòng)端、WEB網(wǎng)站或第三方擴(kuò)展，進(jìn)入學(xué)分銀行系統(tǒng)進(jìn)行訪問。

圖1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)

3 系統(tǒng)對(duì)接及系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）學(xué)分銀行系統(tǒng)與教務(wù)系統(tǒng)的對(duì)接設(shè)計(jì)

學(xué)分銀行系統(tǒng)不是一個(gè)完全獨(dú)立的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，其必須依賴教務(wù)系統(tǒng)提供諸如學(xué)員選課、學(xué)員學(xué)習(xí)軌跡等數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)者在學(xué)分銀行系統(tǒng)選好相應(yīng)的課程后，學(xué)分銀行會(huì)調(diào)用教務(wù)系統(tǒng)接口，將學(xué)習(xí)者所選擇課程信息存入教務(wù)系統(tǒng)。這樣，學(xué)習(xí)者就能在教務(wù)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)自己選擇的課程了。因此，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)可以保障學(xué)分銀行數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧校園與學(xué)分銀行的綜合運(yùn)用。

（2）學(xué)分銀行系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)

學(xué)分銀行系統(tǒng)包含的主要功能模塊如圖2所示，各功能模塊提供不同的功能或服務(wù)：①管理端主要給運(yùn)營方使用，主要對(duì)學(xué)分銀行的核心功能進(jìn)行管理和審批，如入駐機(jī)構(gòu)的審批、設(shè)定入駐機(jī)構(gòu)可以認(rèn)定的證書、最終審批學(xué)員的學(xué)分申請等。②學(xué)校、機(jī)構(gòu)端主要給入駐學(xué)分銀行的教育機(jī)構(gòu)使用，負(fù)責(zé)審批其授權(quán)范圍內(nèi)的學(xué)分認(rèn)證、證書發(fā)放等。③學(xué)員端主要給學(xué)員使用，提供學(xué)員申請學(xué)分認(rèn)證、學(xué)分轉(zhuǎn)化等基本功能。④區(qū)塊鏈存證服務(wù)是學(xué)分銀行專門提供的數(shù)據(jù)上鏈存證服務(wù)，一方面將學(xué)分銀行系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到區(qū)塊鏈上存證，另一方面對(duì)接第三方系統(tǒng)并將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到區(qū)塊鏈鏈上存證；與此同時(shí)，上鏈數(shù)據(jù)成為學(xué)分銀行中執(zhí)行業(yè)務(wù)的參考存證數(shù)據(jù)，如智慧教室中學(xué)員的學(xué)習(xí)軌跡數(shù)據(jù)上鏈存證后，可作為學(xué)分轉(zhuǎn)換的依據(jù)。⑤查詢服務(wù)主要面向社會(huì)提供各項(xiàng)查詢服務(wù)，如已獲得授權(quán)的某企業(yè)或某機(jī)構(gòu)查詢學(xué)員的學(xué)習(xí)成果、證書的有效性等。

圖2 學(xué)分銀行系統(tǒng)的功能模塊

三 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

若要充分發(fā)揮區(qū)塊鏈分布式認(rèn)證的優(yōu)勢，保障學(xué)分銀行數(shù)據(jù)的真實(shí)性和不可篡改性，建成基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)，就需要搭建一個(gè)優(yōu)質(zhì)的區(qū)塊鏈平臺(tái)作為基礎(chǔ)平臺(tái)。

1 搭建區(qū)塊鏈平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存證和托管

（1）搭建安全可靠的區(qū)塊鏈平臺(tái)

鑒于目前的區(qū)塊鏈系統(tǒng)硬件條件有限、區(qū)塊鏈整體運(yùn)行環(huán)境還需要改善，“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目選用安全性、穩(wěn)定性都比較高的中國印鈔造幣總公司（下文簡稱“中鈔”）絡(luò)譜區(qū)塊鏈登記開放平臺(tái)和中鈔絡(luò)譜ID分布式數(shù)字身份平臺(tái)來搭建區(qū)塊鏈平臺(tái)。搭建的區(qū)塊鏈平臺(tái)可為學(xué)分銀行、智能教室等基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施提供數(shù)據(jù)確權(quán)、交換和數(shù)字化身份管理能力，有助于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)，即完成項(xiàng)目對(duì)教學(xué)效果的全方位過程性評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)全部項(xiàng)目教學(xué)成果的篩查、校驗(yàn)和信息存儲(chǔ)，保證項(xiàng)目的教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果，體現(xiàn)教學(xué)的公平性、公開性、公正性。

（2）利用分布式數(shù)據(jù)庫優(yōu)化學(xué)分銀行數(shù)據(jù)的存證與托管

學(xué)分銀行的存儲(chǔ)文件主要為證書照片、證明材料等存檔文件。分布式數(shù)據(jù)庫在區(qū)塊鏈中的應(yīng)用，可以有效地解決這些數(shù)據(jù)的存證與托管問題。學(xué)分銀行中的普通數(shù)據(jù)可以存放在云端、本地端等傳統(tǒng)服務(wù)器中，學(xué)分銀行的關(guān)鍵數(shù)據(jù)則需要存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中完成去中心化存儲(chǔ)，以減輕硬件資源的負(fù)擔(dān)，盡可能地提高學(xué)分銀行系統(tǒng)的運(yùn)行效率；同時(shí)，區(qū)塊鏈還可以為存證數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的文件（如圖片、視頻等）提供數(shù)據(jù)托管服務(wù)。通過學(xué)分銀行系統(tǒng)訪問區(qū)塊鏈上的托管數(shù)據(jù)，不但可以豐富學(xué)分銀行的數(shù)據(jù)，還可以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

2 關(guān)鍵技術(shù)支持

區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)可支持學(xué)分銀行的轉(zhuǎn)型升級(jí)。支持區(qū)塊鏈平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)主要有共識(shí)算法、智能合約和加密算法，可確保區(qū)塊鏈具有多方信任、分布式管理和不可篡改的典型特征。

①共識(shí)算法：可以防止對(duì)數(shù)據(jù)的篡改，保障數(shù)據(jù)的真實(shí)性?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)采用實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT），各個(gè)共識(shí)節(jié)點(diǎn)按照規(guī)則輪流出塊，并通過投票達(dá)成共識(shí)，提交新塊。因此，共識(shí)算法可在促使客戶達(dá)成共識(shí)的基礎(chǔ)上，確保存證數(shù)據(jù)在每個(gè)分布式賬本中的數(shù)據(jù)信息高度一致。

②智能合約：保障了學(xué)分銀行系統(tǒng)中賬戶身份的真實(shí)性和唯一性，實(shí)現(xiàn)了去中心化管理。在基于區(qū)塊鏈的學(xué)分銀行系統(tǒng)中，用戶使用以太坊Solidity語言編寫、編譯的智能合約可直接在區(qū)塊鏈平臺(tái)運(yùn)行，而無需做任何改動(dòng)。在區(qū)塊鏈技術(shù)的加持下，學(xué)分銀行可以擺脫中心化管理，即無需再去相關(guān)部門蓋章和驗(yàn)證。智能合約的應(yīng)用，提升了各客戶對(duì)學(xué)分銀行數(shù)據(jù)的信任度。

③加密算法：保障了學(xué)分銀行數(shù)據(jù)的隱私性和防篡改性。區(qū)塊鏈平臺(tái)采用高度安全的可信模型，即通過“記錄可信（密碼學(xué)）+時(shí)間可信（法定）+身份可信（證書頒發(fā)）+行為可信（數(shù)字簽名法）+關(guān)系可信（通過智能合約建立）”層層加碼的方式，夯實(shí)互信協(xié)作的關(guān)系。由此可見，想要改變區(qū)塊鏈平臺(tái)上學(xué)分銀行中的任何數(shù)據(jù)幾乎是不可能的。

3 業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)

（1）基于區(qū)塊鏈技術(shù)學(xué)分銀行系統(tǒng)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)

①通過選課學(xué)習(xí)獲得學(xué)分和證書。學(xué)習(xí)者被允許登錄學(xué)分銀行系統(tǒng)后即開戶成功，學(xué)習(xí)者開戶后首先選擇學(xué)習(xí)的課程，然后選擇課堂互動(dòng)學(xué)習(xí)（如果時(shí)間沖突，也可選擇在線點(diǎn)播學(xué)習(xí)）。該門課學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)習(xí)成果被記錄下來，學(xué)員獲得該門功課的一部分學(xué)分；之后，進(jìn)入該門課程的考核階段，考試通過后學(xué)員獲得該門功課的另外一部分學(xué)分。以上兩部分學(xué)分累積在一起構(gòu)成該門課程的總學(xué)分，表示學(xué)員已全部完成該門課程的學(xué)習(xí)。結(jié)束一門課程的學(xué)習(xí)后，學(xué)員可以重新進(jìn)入學(xué)分銀行系統(tǒng)選擇其他課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，這樣周而復(fù)始，直至全部完成規(guī)定的課程學(xué)習(xí)。最后，學(xué)員申請證書，經(jīng)過機(jī)構(gòu)審核，只要條件滿足即發(fā)放相關(guān)證書并核銷學(xué)分。具體來說，學(xué)員通過選課學(xué)習(xí)獲得學(xué)分和證書的流程如圖3所示。

②學(xué)習(xí)成果認(rèn)定和轉(zhuǎn)化。學(xué)習(xí)成果認(rèn)定和轉(zhuǎn)化是指擁有學(xué)習(xí)成果的各級(jí)各類頒證機(jī)構(gòu)可以參照學(xué)分銀行提供的學(xué)習(xí)成果框架及其相應(yīng)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路徑，在學(xué)習(xí)成果互認(rèn)聯(lián)盟范圍內(nèi)自愿達(dá)成轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，并將此標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布到基于區(qū)塊鏈的學(xué)分銀行體系中，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果之間的轉(zhuǎn)換和互認(rèn)，其流程如圖4所示。學(xué)員可以查詢學(xué)分銀行系統(tǒng)發(fā)布的各項(xiàng)轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，通過“證書互轉(zhuǎn)”“學(xué)分兌換”功能按鈕辦理學(xué)習(xí)成果轉(zhuǎn)換申請業(yè)務(wù)；而頒證機(jī)構(gòu)可在學(xué)分銀行系統(tǒng)進(jìn)行受理和審核，通過后給申請者頒發(fā)相應(yīng)的證書?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)已在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)庫中存入和發(fā)布轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，且因其防篡改性，此標(biāo)準(zhǔn)在機(jī)構(gòu)之間達(dá)成共識(shí)后便可存入學(xué)分銀行。相較于以往人工認(rèn)證和轉(zhuǎn)化證書審核、頒發(fā)證書的流程，此流程在效率上有了很大的提升。

圖3 學(xué)員通過選課學(xué)習(xí)獲得學(xué)分和證書的流程

圖4 學(xué)習(xí)成果認(rèn)定和轉(zhuǎn)化的流程

圖5 第三方查詢服務(wù)的流程

③第三方查詢服務(wù)。第三方包括學(xué)員家長、用人單位等，他們通過注冊實(shí)名認(rèn)證后，便可進(jìn)入學(xué)分銀行系統(tǒng)，進(jìn)行學(xué)員證書、成績、學(xué)習(xí)檔案等各種查詢，具體流程如圖5所示。

（2）基于區(qū)塊鏈技術(shù)學(xué)分銀行系統(tǒng)的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)

學(xué)分銀行的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)主要通過每門功課的學(xué)分獲得、學(xué)分獲得的因素構(gòu)成、學(xué)分銀行的管理與服務(wù)等多方面來共同完成。

①每門功課的學(xué)分獲得：學(xué)分銀行的學(xué)分是通過每門課程的學(xué)習(xí)獲得。每門課程有獨(dú)立學(xué)分等級(jí)體系，學(xué)員只有參與課程學(xué)習(xí)并通過測試，才能取得相應(yīng)的學(xué)分。課程學(xué)習(xí)可以分為課堂互動(dòng)學(xué)習(xí)和在線點(diǎn)播學(xué)習(xí)兩種形式：在課堂互動(dòng)學(xué)習(xí)中，學(xué)分體系與智能互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)對(duì)接，自動(dòng)將課堂上學(xué)員的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和互動(dòng)學(xué)習(xí)綜合成績直接等值兌換成課堂學(xué)習(xí)學(xué)分；而在在線點(diǎn)播學(xué)習(xí)中，學(xué)員需要通過相關(guān)的測驗(yàn)才能取得相應(yīng)的學(xué)分。只有確定階段性學(xué)分后，學(xué)員才可進(jìn)行后面課程的學(xué)習(xí)。若無法取得等值學(xué)分，但學(xué)員還想繼續(xù)學(xué)習(xí)，可先向?qū)W分銀行借貸學(xué)分，但要獲得更高的成績以作為“利息”償還學(xué)分銀行。例如，可以規(guī)定每人同一學(xué)習(xí)階段內(nèi)只能借一次，且需要在下次考試前先完成上一階段的考試以實(shí)現(xiàn)還分，才能進(jìn)行第二階段的考試。系列課程學(xué)完后，學(xué)員可申請將學(xué)分兌換成學(xué)歷證書。

②學(xué)分獲得的因素構(gòu)成：可將學(xué)員在課程學(xué)習(xí)過程中的預(yù)習(xí)作業(yè)、上課考勤、課上測試、平時(shí)表現(xiàn)、課后作業(yè)和考試成績按比例進(jìn)行學(xué)分加權(quán)計(jì)算。例如每節(jié)課課前都會(huì)有預(yù)習(xí)作業(yè)，課前教師對(duì)學(xué)員的預(yù)習(xí)作業(yè)進(jìn)行評(píng)分，分值自動(dòng)計(jì)入學(xué)分（預(yù)習(xí)作業(yè)總分占5%，根據(jù)布置作業(yè)的次數(shù)，均分給每次作業(yè)）。此外，上課考勤、課上測試、平時(shí)表現(xiàn)、課后作業(yè)和考試成績等也都可按照一定的比例和具體的要求來計(jì)算學(xué)分分值。

③學(xué)分銀行的管理與服務(wù)：學(xué)分銀行系統(tǒng)可以與教務(wù)系統(tǒng)對(duì)接，同步管理教師、學(xué)員的相關(guān)數(shù)據(jù)。其中，教務(wù)管理員的權(quán)限更大，不但可以查看、管理所有學(xué)員的學(xué)分，還可以進(jìn)行學(xué)分登記、審核、糾錯(cuò)、借分、還分、兌換等操作，同時(shí)可以對(duì)整個(gè)學(xué)分管理流程進(jìn)行監(jiān)控。系列課程全部取得學(xué)分后，學(xué)員可以申請兌換，經(jīng)教務(wù)管理員審核通過后，即可將學(xué)分兌換成相應(yīng)的學(xué)歷證書。依據(jù)學(xué)分銀行系統(tǒng)中學(xué)員的相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一份網(wǎng)絡(luò)版、一份紙質(zhì)版的學(xué)員學(xué)分檔案，通過掃描檔案中的二維碼信息，學(xué)員便可獲得授權(quán)訪問自己在課程學(xué)習(xí)各方面的表現(xiàn)、成績、證書和教師評(píng)價(jià)，從而快速、全面地了解自己的學(xué)習(xí)情況和日常表現(xiàn)。此外，學(xué)分銀行系統(tǒng)也可以將在線查詢服務(wù)授權(quán)給升學(xué)、就業(yè)的對(duì)口單位和學(xué)員家長等用戶。

四 系統(tǒng)試運(yùn)行

北京外國語大學(xué)的“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目以智能教室為支撐，以智能互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)為依托，通過智能捕獲設(shè)備，實(shí)時(shí)記錄學(xué)生的課堂行為，保證整個(gè)教學(xué)過程有跡可循。該項(xiàng)目中的相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)大數(shù)據(jù)處理、智能分析與應(yīng)用后，可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)工作中各參與單元的動(dòng)態(tài)/靜態(tài)效果評(píng)估。行為數(shù)據(jù)和結(jié)果評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)可以根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則兌換成學(xué)分，并將這些學(xué)分存放于學(xué)分銀行系統(tǒng)。由于學(xué)分銀行建立在區(qū)塊鏈平臺(tái)的基礎(chǔ)之上，能夠保證學(xué)分?jǐn)?shù)據(jù)的真實(shí)性和防篡改性，故這些數(shù)據(jù)可以伴隨人的一生，為個(gè)人成長及其終身教育提供必要的數(shù)據(jù)保障。將基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)引入“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目，解決了以往個(gè)人的階段性教育無法納入個(gè)人的完整性教育體系的問題，因此這是一項(xiàng)有一定價(jià)值的探索性實(shí)踐。而基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的試運(yùn)行，標(biāo)志著“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目正式邁出了實(shí)踐探索的第一步。

1 系統(tǒng)試運(yùn)行情況

“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目計(jì)劃分三個(gè)階段實(shí)施：第一階段為面向小學(xué)生的入門級(jí)階段；第二階段面向中學(xué)生，是與小語種考級(jí)關(guān)聯(lián)在一起的學(xué)習(xí)階段；第三階段為參與項(xiàng)目的小語種教師培訓(xùn)階段。新冠肺炎疫情的爆發(fā)，推進(jìn)了項(xiàng)目實(shí)施的步伐。2021年3月，北京外國語大學(xué)啟動(dòng)第一階段，即面向小學(xué)生開設(shè)80個(gè)課時(shí)的小語種（有日、俄、德、法、西五種第二外語可供選擇）學(xué)習(xí)課程。也就是說，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)從2021年3月開始試運(yùn)行，到2022年6月完成了第一次系統(tǒng)測試。第一次測試重點(diǎn)在北京地區(qū)進(jìn)行，而山西省將成為下一個(gè)測試地區(qū)。受新冠肺炎疫情常態(tài)化防控的影響，北京地區(qū)的測試工作采用遠(yuǎn)程與現(xiàn)場互動(dòng)式的雙師授課方式，測試對(duì)象為北京市海淀區(qū)參加小語種課程學(xué)習(xí)的100名小學(xué)生。其中，某班30名學(xué)員的教學(xué)效果測試結(jié)果如表1所示，100名學(xué)員的整體學(xué)習(xí)表現(xiàn)如表2所示，可以看出：基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)預(yù)期達(dá)標(biāo)、實(shí)際教學(xué)效果較好、學(xué)分轉(zhuǎn)化率較高，且優(yōu)秀率為13%、合格率更是達(dá)到95%以上，說明系統(tǒng)試運(yùn)行基本正常。

表1 北京地區(qū)小語種課程的教學(xué)效果測試結(jié)果（n=30）

教學(xué)數(shù)據(jù)出勤互動(dòng)學(xué)習(xí)任務(wù)課業(yè)綜評(píng) 指標(biāo)設(shè)定30人/班＞30%的課時(shí)5個(gè)/節(jié)5個(gè)/節(jié)指標(biāo)完成度85% 預(yù)期達(dá)標(biāo)100%90%90%90%95% 實(shí)際效果100%90%100%100%96% 學(xué)分轉(zhuǎn)化＞90%，有效＞85%，有效＞90%，有效＞85%，有效＞85%，有效

表2 北京地區(qū)小語種課程學(xué)員的整體學(xué)習(xí)表現(xiàn)（n=100）

指標(biāo)優(yōu)秀（≥90分）良好（75～89分）合格（60～74分）不合格（＜60分） 綜評(píng)13人81人3人3人 知識(shí)駕馭靈活運(yùn)用掌握應(yīng)用基本使用不能使用 對(duì)等結(jié)業(yè)結(jié)業(yè)結(jié)業(yè)結(jié)業(yè)重修

2 系統(tǒng)評(píng)價(jià)

由上可知，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)搭建完畢后，其試運(yùn)行基本正常。對(duì)“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目第一階段實(shí)施的北京地區(qū)小語種課程相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和分析，得到的系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果主要如下：

①系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全系有保障。系統(tǒng)依托的區(qū)塊鏈平臺(tái)已落地運(yùn)行了包含數(shù)字票據(jù)、司法存證、證件防偽溯源等內(nèi)容的基于區(qū)塊鏈的解決方案，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性有了保障。盡管當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)普遍存在效率不高、網(wǎng)絡(luò)受阻等問題，但隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展尤其是區(qū)塊鏈Layer2二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，全球范圍內(nèi)區(qū)塊鏈的不足將得以改善[9]。

②學(xué)分銀行數(shù)據(jù)共享性有待提高。目前，區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)正在不斷完善。而只有在跨鏈技術(shù)成熟的前提下，才能真正實(shí)現(xiàn)學(xué)分銀行數(shù)據(jù)的共用共享，如學(xué)分銀行系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，學(xué)分銀行系統(tǒng)與人才招聘系統(tǒng)、學(xué)生征信系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享等。目前，“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目仍處于實(shí)施的第一階段，盡管基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)可以滿足基本的數(shù)據(jù)共享需求，但其共享響應(yīng)速度、共享范圍等還有待提高。

③效果有待進(jìn)一步檢驗(yàn)與提高。本次系統(tǒng)評(píng)價(jià)所用到的樣本數(shù)據(jù)僅為北京地區(qū)100名小學(xué)生參加小語種課程學(xué)習(xí)的相關(guān)數(shù)據(jù)，樣本量太小，故所得教學(xué)效果測試結(jié)果和學(xué)員學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)情況有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。今后，需引入更大樣本量的數(shù)據(jù)對(duì)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)做進(jìn)一步測試和優(yōu)化，使效果檢驗(yàn)越來越精準(zhǔn)、可信，從而不斷提高系統(tǒng)的整體效果。

五 結(jié)語

基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是區(qū)塊鏈技術(shù)與教育領(lǐng)域深度融合的一次嘗試。由于當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在證書認(rèn)證和教學(xué)管理兩個(gè)方面[10]，故相關(guān)工作大多還停留在理論層面的認(rèn)識(shí)與探討上。而本研究不僅從理論層面進(jìn)行了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)對(duì)接及系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，還側(cè)重從平臺(tái)搭建、技術(shù)支持、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的角度探討學(xué)分銀行系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，并以北京外國語大學(xué)的“外語教育創(chuàng)新”項(xiàng)目為例進(jìn)行了實(shí)踐探索。隨著區(qū)塊鏈?zhǔn)褂脠鼍暗牟粩嘭S富，以及區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展、成熟，區(qū)塊鏈在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，其效果和價(jià)值也將越來越凸顯。因此，積極探索基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)踐應(yīng)用，是緊跟時(shí)代步伐、培養(yǎng)符合我國新時(shí)代發(fā)展所需專業(yè)型人才的新途徑、新方法，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]中國區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇.中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書(2016)[OL].

[2]360百科.區(qū)塊鏈[OL].

[3]新華網(wǎng).習(xí)近平在中央政治局第十八次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新重要突破口加快推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展[OL].

[4]百度百科.區(qū)塊鏈[OL].

[5]360百科.學(xué)分銀行[OL].

[6]張景韶,李玉波,周祥.區(qū)塊鏈技術(shù)下我國學(xué)分銀行建設(shè)的思考[J].當(dāng)代職業(yè)教育,2019,(2):84-89.

[7]李令群.國家開放大學(xué)學(xué)分銀行質(zhì)量保證體系初探[J].中國遠(yuǎn)程教育,2016,(6):73-78.

[8]李志宏,邱亭諭,李可欣.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)分銀行系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2019,(7):120-126.

[9]先知實(shí)驗(yàn)室.五分鐘看懂Layer2起源發(fā)展及未來[OL].

[10]李成軍.應(yīng)用區(qū)塊鏈推動(dòng)我國高職教育改革發(fā)展的思考[J].中國職業(yè)技術(shù)教育,2020,(4):70-75.

Design and Implementation of Credit Bank System Based on Blockchain Technology——Taking the “Foreign Language Educational Innovation” Program of Beijing Foreign Studies University as an Example

ZHANG Zhong-hua1WANG Ji-lu2ZHU Xiang-rong3[Corresponding Author]CUI Xue-jun4LIU Ye-qing1

At present, due to its tamper-proof performance, blockchain technology has been applied more and more widely in all walks of life, but its application in the field of education has not been popularized, and its practice resul were rare. The application of blockchain technology in the construction credit bank system in the education field can not only innovate the management method of credit bank, but also improve the credibility of credit bank and play the positive role of credit bank in talent cultivation. Based on this, taking the “Foreign Language Education Innovation” program of Beijing Foreign Studies University as an example, this paper carried out the practice exploration of credit bank system based on the blockchain technology, emphasized on the design and implementation process of credit bank based on the blockchain platform, and analyzed the trial operation situation and evaluation results of the system.The research of this paper was an attempt to deeply integrate blockchain technology with the education field, which had positive practical significance for talent cultivation.

blockchain technology; credit bank; distributed ledger; decentralized management; talent cultivation

G40-057

A

1009—8097（2022）09—0100—09

10.3969/j.issn.1009-8097.2022.09.011

本文為中國教育發(fā)展戰(zhàn)略學(xué)會(huì)教育信息化專業(yè)委員會(huì)立項(xiàng)課題“基于智慧校園提升非通用語建設(shè)的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：專委會(huì){2019}4號(hào)）的階段性研究成果。

張忠華，主任，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)在教育中的應(yīng)用，郵箱為zzh@bfsu.edu.cn。

2022年1月28日

編輯：小米