佘欣媛

[哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）圖書館，山東威海 264209]

一、背景

當(dāng)前，社會(huì)對(duì)人才的要求越來越高，學(xué)生不但要有充足的理論知識(shí)儲(chǔ)備，而且要具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力。因此，高校要不斷調(diào)整人才培養(yǎng)方向及培養(yǎng)方式，不但要為學(xué)生提供完整的數(shù)據(jù)資源平臺(tái)，而且要為學(xué)生提供培養(yǎng)科研能力和實(shí)踐能力的平臺(tái)。美國加州大學(xué)伯克利分校的蘇塔佳創(chuàng)業(yè)和技術(shù)中心（SCET）為學(xué)生開設(shè)了18門創(chuàng)業(yè)類課程，涵蓋了創(chuàng)業(yè)意識(shí)、科技創(chuàng)業(yè)知識(shí)、科技創(chuàng)業(yè)實(shí)踐等內(nèi)容。創(chuàng)業(yè)類課程的教師通過講座、演講、課堂授課等形式向?qū)W生傳授創(chuàng)業(yè)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并輔之以項(xiàng)目導(dǎo)向的實(shí)踐活動(dòng)[1]。我國70%以上的大學(xué)建設(shè)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，如清華大學(xué)的iCenter創(chuàng)客空間、北京大學(xué)的極客實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)的硅谷創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室[3]。國內(nèi)外實(shí)踐教育多以線下為主，線上平臺(tái)較少，有學(xué)者提出改進(jìn)型MOOC平臺(tái)，增加分組、成績等評(píng)價(jià)體系[3-4]，還有學(xué)者針對(duì)學(xué)生的圖書借閱、信息咨詢、在線瀏覽等行為提出用戶特征建模理論模型[5]，但少有針對(duì)學(xué)生實(shí)踐教育的信息管理平臺(tái)實(shí)施案例。綜上所述，當(dāng)前，擁有線上實(shí)踐教學(xué)空間的國內(nèi)高校較少，且相關(guān)研究多以理論研究為主[6]，供學(xué)生使用的在線實(shí)踐學(xué)習(xí)平臺(tái)還比較少。高校應(yīng)加大對(duì)學(xué)生實(shí)踐教育的支持力度，出臺(tái)更貼合學(xué)生需求的教育輔導(dǎo)政策。針對(duì)學(xué)生習(xí)慣在網(wǎng)絡(luò)上尋找學(xué)習(xí)資料進(jìn)行在線學(xué)習(xí)這一特點(diǎn)，高?？梢詫?shí)踐教育、雙創(chuàng)等活動(dòng)搬到線上來，提升學(xué)生的參與積極性。

筆者旨在搭建融合社會(huì)技能、科研信息的虛擬共享空間，為學(xué)生提供交流、共享的渠道，并擴(kuò)大學(xué)生的信息面，促成潛在的團(tuán)隊(duì)合作或者課題發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，筆者旨在為師生提供個(gè)人信息空間，方便師生將個(gè)人的科研資料、成果、實(shí)踐項(xiàng)目等信息存儲(chǔ)在虛擬空間服務(wù)器上。這樣不僅打破了實(shí)踐活動(dòng)在物理空間上的限制，而且保證了個(gè)人數(shù)據(jù)的安全性，避免了個(gè)人因中毒、掉線等原因造成的信息丟失或泄露。

二、虛擬共享空間設(shè)計(jì)

（一）前端設(shè)計(jì)

虛擬共享空間前端功能模塊主要分為兩大子模塊：虛擬學(xué)習(xí)空間和個(gè)人信息空間。

虛擬學(xué)習(xí)空間主要推送前沿科研資訊，為個(gè)人或團(tuán)隊(duì)提供交流技術(shù)、分享經(jīng)驗(yàn)的平臺(tái)，給項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)及興趣小組提供發(fā)布招募合作伙伴或團(tuán)隊(duì)合作信息的空間。虛擬學(xué)習(xí)空間能分類匯總多學(xué)科視頻類、文本類、項(xiàng)目類、實(shí)驗(yàn)類學(xué)習(xí)資源，為學(xué)生提供多元化的學(xué)習(xí)資源，特別是實(shí)踐類資源。虛擬學(xué)習(xí)空間允許個(gè)人或團(tuán)隊(duì)上傳分享審核后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、代碼、結(jié)果等，為其他用戶所共享。

個(gè)人信息空間設(shè)有存儲(chǔ)服務(wù)器，采用區(qū)塊鏈技術(shù)保證私密數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全及傳輸安全，供個(gè)人或團(tuán)隊(duì)在線存儲(chǔ)科研及項(xiàng)目資料，用戶可選擇信息是否對(duì)其他用戶開放。在線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)不僅能方便學(xué)科團(tuán)隊(duì)間共享數(shù)據(jù)信息，而且可以為團(tuán)隊(duì)提供專業(yè)的安全保護(hù)，防止數(shù)據(jù)丟失或泄露，實(shí)現(xiàn)個(gè)人或團(tuán)隊(duì)隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)，打破實(shí)驗(yàn)、研討在物理空間上的限制。虛擬教學(xué)共享空間功能劃分如圖1所示。

圖1 虛擬教學(xué)共享空間功能模塊劃分

1.虛擬學(xué)習(xí)空間

虛擬學(xué)習(xí)空間是供學(xué)生交流信息、在線學(xué)習(xí)、下載數(shù)據(jù)的專業(yè)共享平臺(tái)，包括7個(gè)功能模塊：信息推送、合作交流、技術(shù)交流、成果展示、資源共享、學(xué)習(xí)資源、常用工具下載。

（1）前沿信息推送

前沿信息推送模塊能從權(quán)威的科研信息平臺(tái)、技術(shù)交流論壇、技術(shù)交易網(wǎng)站、社會(huì)主流招聘網(wǎng)站定期搜集前沿科研信息和企業(yè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，為每條信息劃分詳細(xì)的學(xué)科分類和方向，并將信息推送給不同專業(yè)、不同需求的學(xué)生。有科研需求的學(xué)生可以重點(diǎn)關(guān)注國內(nèi)外新技術(shù)的發(fā)展信息，實(shí)踐類學(xué)生可以把主要精力放在企業(yè)需求、競(jìng)賽、興趣小組上。前沿信息推送模塊在節(jié)省學(xué)生信息篩查時(shí)間的同時(shí)，可以提高學(xué)生對(duì)信息吸收質(zhì)量。

（2）學(xué)習(xí)資源

學(xué)習(xí)資源模塊能利用高校圖書館現(xiàn)有的資源優(yōu)勢(shì)匯總各專業(yè)數(shù)據(jù)庫、視頻、文本、影音、電子文檔類學(xué)習(xí)資源，并分類分學(xué)科顯示。

（3）成果展示

成果展示模塊能匯總學(xué)校團(tuán)隊(duì)參與歷屆競(jìng)賽、活動(dòng)情況及獲獎(jiǎng)情況，實(shí)驗(yàn)成果、產(chǎn)品以圖片、動(dòng)畫、視頻、聲音等方式展示在平臺(tái)頁面上。

（4）合作交流

合作交流模塊能為用戶提供平等的無障礙溝通平臺(tái)。系統(tǒng)采用區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易、編寫交易規(guī)則等手段保證用戶數(shù)據(jù)的安全性、交易的可靠性以及去中心化。按照用戶交流目的，合作交流模塊的功能可細(xì)分為三個(gè)主題：①技術(shù)交流：類似于知乎等在線交流論壇，用戶可以就某項(xiàng)技術(shù)或者問題發(fā)起提問，其他用戶參與討論；②數(shù)據(jù)共享：用戶可以上傳、下載數(shù)據(jù)，空間劃分不同的學(xué)科分區(qū)，用戶按照分區(qū)尋找所需要的項(xiàng)目資料、實(shí)驗(yàn)文件、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等數(shù)據(jù)；③招募合作：學(xué)生或團(tuán)隊(duì)可以通過平臺(tái)發(fā)布合作信息和實(shí)驗(yàn)需求，例如，對(duì)某專業(yè)人才的需求、對(duì)硬件設(shè)備的需求、對(duì)某項(xiàng)技術(shù)的需求等。

（5）常用工具下載

常用工具下載模塊提供常用軟件、平臺(tái)、工具、操作系統(tǒng)下載。例如，3D建模常用的建模軟件123Design、SolidWorks，工程制圖軟件AutoCAD，數(shù)學(xué)制圖類軟件MatLab，論文格式類軟件Latex等。

2.個(gè)人信息空間

平臺(tái)能為用戶提供個(gè)人存儲(chǔ)空間，用戶可在存儲(chǔ)空間上傳個(gè)人信息、科研文獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置、項(xiàng)目工程文件、數(shù)據(jù)集、項(xiàng)目成果等。信息密級(jí)分為兩級(jí)，一級(jí)為公開共享數(shù)據(jù)，其他用戶通過平臺(tái)認(rèn)證后可瀏覽、下載；另一級(jí)為保密數(shù)據(jù)，只允許上傳用戶做增、刪、改、查操作，對(duì)其他用戶透明。一方面，個(gè)人信息空間能實(shí)現(xiàn)用戶隨時(shí)接入異地存取數(shù)據(jù)；另一方面，個(gè)人信息空間能為用戶提供建立個(gè)人學(xué)術(shù)社交賬號(hào)的平臺(tái)，其他用戶可以根據(jù)上傳者的日常分享、項(xiàng)目資料等信息了解彼此的研究方向。

（二）后臺(tái)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

虛擬教學(xué)共享空間模型物理架構(gòu)分物理層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個(gè)層次，如圖2所示。物理層包括供存取用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊及其管理服務(wù)器、提供虛擬空間前臺(tái)應(yīng)用服務(wù)的網(wǎng)站群服務(wù)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)存儲(chǔ)用戶的個(gè)人信息（如科研信息、項(xiàng)目信息、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等）。存儲(chǔ)管理模塊負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)格式、存取方式、安全策略、空間分配、文件格式等信息，并對(duì)存儲(chǔ)模塊的性能進(jìn)行監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)層指為平臺(tái)提供網(wǎng)絡(luò)交互環(huán)境及數(shù)據(jù)安全保障的硬件設(shè)備及系統(tǒng)。應(yīng)用層指面向用戶的功能界面。

圖2 虛擬教學(xué)共享空間物理架構(gòu)

2.系統(tǒng)安全性及去中心化

為了保證個(gè)人非公開數(shù)據(jù)的安全性，本文采用區(qū)塊鏈部分機(jī)制、原理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及管理傳輸。區(qū)塊鏈技術(shù)是利用塊鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來驗(yàn)證與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來生成和更新數(shù)據(jù)、利用密碼學(xué)的方式保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全、利用智能合約來編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的分布式基礎(chǔ)架構(gòu)與計(jì)算方式，包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層、合約層和應(yīng)用層五層，如圖3所示。

圖3 區(qū)塊鏈層級(jí)架構(gòu)

本系統(tǒng)將用戶數(shù)據(jù)以塊的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，每個(gè)數(shù)據(jù)塊包括數(shù)據(jù)本身、前后區(qū)塊哈希值以及密鑰。哈希值可以簡單地看成鏈接地址，使數(shù)據(jù)塊形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)一旦更改，其中一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)也勢(shì)必會(huì)造成前后節(jié)點(diǎn)信息的不一致性，從而在一定程度上防止了數(shù)據(jù)被篡改。網(wǎng)絡(luò)層采用P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸架構(gòu)，系統(tǒng)服務(wù)器及用戶個(gè)人的電腦均作為節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)之間完全對(duì)等，不存在核心節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)間傳輸數(shù)據(jù)不需要第三方驗(yàn)證，一定程度上防止了數(shù)據(jù)被篡改。共識(shí)層采用POS（ProofofStake）權(quán)益證明機(jī)制：當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)因延遲或節(jié)點(diǎn)故障造成的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等問題時(shí)，由主服務(wù)器驗(yàn)證裁決數(shù)據(jù)有效性。共識(shí)層機(jī)制可以讓節(jié)點(diǎn)就惡意節(jié)點(diǎn)攻擊行為或者網(wǎng)絡(luò)故障等原因引發(fā)的數(shù)據(jù)分歧如何仲裁彼此達(dá)成共識(shí)，減少錯(cuò)誤處理時(shí)間。平臺(tái)允許用戶間進(jìn)行有償?shù)臄?shù)據(jù)共享交易。為保障交易雙方的權(quán)益及交易的安全性，系統(tǒng)合約層嵌入了人為編寫的交易規(guī)則代碼，交易雙方需按照規(guī)則完成交易。合約層的規(guī)則代碼自動(dòng)執(zhí)行，不需要第三方監(jiān)督或者人工參與，具有獨(dú)立性。如果交易中斷或遭惡意破壞，合約規(guī)則將保護(hù)交易方的權(quán)益，安全性提高。本平臺(tái)的其中一個(gè)目的是希望能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情，為學(xué)生提供激發(fā)靈感、無障礙溝通的全互聯(lián)平臺(tái)。以往的線上社交平臺(tái)多依靠管理方進(jìn)行信息推送等資訊推薦，雖然這樣可以讓大部分用戶及時(shí)接觸新的信息，但是由于看到的都是類似的內(nèi)容，這在一定程度上不利于創(chuàng)意的產(chǎn)生。

在以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的共享平臺(tái)中，每個(gè)用戶均被看為平等的節(jié)點(diǎn)，用戶可以使用自己的服務(wù)器創(chuàng)建屬于自己的獨(dú)立空間甚至社區(qū)，整個(gè)平臺(tái)的交流模塊由若干個(gè)用戶空間或社區(qū)組成。由于使用的是自己的服務(wù)器，緩解了用戶對(duì)數(shù)據(jù)隱私性的擔(dān)憂。去中心化的平臺(tái)使用戶減少了對(duì)官方推薦信息的依賴，每個(gè)人都有機(jī)會(huì)被其他人看到，質(zhì)量好的內(nèi)容被更多人推薦，曝光率更高。

三、平臺(tái)實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵技術(shù)

（一）用戶界面

以哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）圖書館虛擬共享空間為例，學(xué)校使用Web Plus Pro網(wǎng)站群平臺(tái)作為虛擬空間的前臺(tái)開發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)是一個(gè)組件式開發(fā)平臺(tái)，通過添加組件的方式即可完成個(gè)性化頁面的基本布局。平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)與校園用戶的統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)的對(duì)接，在應(yīng)用層完成了用戶合法身份的驗(yàn)證，并且具備防止數(shù)據(jù)庫sql注入、防止篡改頁面腳本、防止口令破解等主流網(wǎng)絡(luò)攻擊手段的完全防護(hù)策略。虛擬教學(xué)共享空間首頁設(shè)計(jì)界面如圖4所示。

圖4 虛擬教學(xué)共享空間首頁設(shè)計(jì)界面

為了充分利用圖書館豐富的學(xué)習(xí)資源，空間作為二級(jí)子網(wǎng)站掛靠在圖書館官方網(wǎng)站下級(jí)?？臻g采用多層體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，虛擬共享空間信息資訊界面如圖5所示。一級(jí)菜單欄與功能設(shè)計(jì)模塊相對(duì)應(yīng)，分別包括信息資訊、合作交流、學(xué)習(xí)資料、成果展示、工具下載、個(gè)人空間六個(gè)菜單。其中，信息資訊模塊下又分為活動(dòng)信息、競(jìng)賽信息、考研資訊、公考資訊、課題、項(xiàng)目資訊六個(gè)細(xì)化分類。合作交流模塊包括技術(shù)交流、資源共享、招募合作三個(gè)部分。個(gè)人空間模塊包括基本信息、我發(fā)布的信息、我的數(shù)據(jù)三個(gè)子模塊。

（二）用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

用戶數(shù)據(jù)以區(qū)塊的形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，每個(gè)區(qū)塊除了包括用戶所存數(shù)據(jù)以及對(duì)數(shù)據(jù)的交易信息，還包括記錄本塊數(shù)據(jù)大小的數(shù)據(jù)量、用于唯一標(biāo)識(shí)本區(qū)塊的哈希值、用于形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)連接前后區(qū)塊的前一區(qū)塊哈希值和后一區(qū)塊哈希值、用于零知識(shí)證明的默克爾樹根。默克爾樹根由區(qū)塊內(nèi)所有數(shù)據(jù)的哈希值拼接而成，若其中任何一部分?jǐn)?shù)據(jù)被修改，會(huì)造成區(qū)塊默克爾樹根值發(fā)生變化。因此，默克爾樹根可以用來防止信息被惡意篡改或者區(qū)塊間的零知識(shí)證明。當(dāng)出現(xiàn)交易糾紛或者惡意交易時(shí)，區(qū)塊間采用POS機(jī)制，即由圖書館節(jié)點(diǎn)對(duì)交易進(jìn)行裁決。數(shù)據(jù)區(qū)塊設(shè)計(jì)見表1。

表1 數(shù)據(jù)區(qū)塊設(shè)計(jì)表

四、結(jié)束語

高校虛擬共享平臺(tái)是一個(gè)供學(xué)生在線學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)下載、技術(shù)交流的網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，集合了前沿信息推送、合作伙伴尋找、數(shù)據(jù)共享、在線學(xué)習(xí)、技術(shù)交流等功能。學(xué)生可以在平臺(tái)上獲取不同專業(yè)學(xué)科團(tuán)隊(duì)的研究成果信息、最新動(dòng)態(tài)，溝通學(xué)習(xí)，也可以在平臺(tái)數(shù)據(jù)共享模塊下載數(shù)據(jù)資料供個(gè)人實(shí)驗(yàn)使用。應(yīng)用型學(xué)生可以通過平臺(tái)參與興趣小組、組隊(duì)課創(chuàng)，提前鍛煉企業(yè)工作所需的技能。學(xué)生在有針對(duì)性的訓(xùn)練過程中提高動(dòng)手能力，降低社會(huì)培養(yǎng)成本。對(duì)于科研型學(xué)生，平臺(tái)會(huì)定期推送最新的科研資訊，學(xué)生可以實(shí)時(shí)獲取最新的專業(yè)信息。同時(shí)，平臺(tái)也為學(xué)科團(tuán)隊(duì)提供專業(yè)知識(shí)交換平臺(tái)，有相似研究意向的團(tuán)隊(duì)可以進(jìn)一步溝通合作。學(xué)生通過參與課題、項(xiàng)目研究，加深對(duì)科研的認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)科研工作方法，積累科研經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐是高校學(xué)生配合理論課程學(xué)習(xí)必不可少的環(huán)節(jié)，學(xué)生在實(shí)踐中加深對(duì)知識(shí)的理解，培養(yǎng)科研能力和社會(huì)實(shí)踐技能。高校的虛擬共享平臺(tái)可以解決學(xué)生在尋找實(shí)踐活動(dòng)、學(xué)習(xí)實(shí)踐知識(shí)等方面存在的問題，擴(kuò)大了在校學(xué)生的信息面，增加了學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)，拓寬了團(tuán)隊(duì)的溝通合作渠道，讓學(xué)生有可信賴的線上知識(shí)實(shí)踐平臺(tái)。