王 丽，张志华，季 凯

（南京邮电大学教育科学与技术学院，江苏南京 210023）

0 引言

目前，区块链获得了各行各业研究人员的极大关注，主要是由于其具有可靠性、可信任性、可追溯性、激励性等多种特性。物流、医疗、金融行业正利用区块链拓宽相关业务，教育领域也在积极探索区块链带来的新机遇。2020年3 月，教育部办公厅印发的《2020 年教育信息化和网络安全工作要点》中提及落实区块链等重大战略的任务安排，探索区块链技术在学生在线学习、教师在线授课行为记录和认定等方面的应用。同年，工信部发布的《中国区块链技术与应用发展白皮书（2020）》中对区块链带来的技术变革寄予了厚望，认为其独特的技术支撑体系将会为改善社会治理困境和提升社会治理水平提供新思路。目前，国家一系列政策文本已经关注到区块链与教育的融合发展，尤其是如何利用区块链的特性解决在线教育深度发展的问题，既具有理论价值也符合实践需求。

1 相关研究

目前相关学者对在线教育的关注度很高，研究重点主要为：①在线教育的基本要素，即在线教育系统的主要组成部分。传统教育强调的是教师、学生和教材三大要素，而在线教育的要素更加丰富，形成了教学者、学习者、课程资源和教学平台四位一体的结构。例如，彭海蕾［1］研究发现，在线教育中教师的反馈速度与程度会影响学生的学习参与度与效果，年龄大的学生更容易受到教师的影响；②在线教育的阶段与环节。在线教育主要包括预先准备、直接准备、教学组织和反馈完善4 个阶段，着眼于教、学、管3 个维度。不同维度有不同的环节和重点，管理者关注平台建设、课程管理、教育质量等内容；教师关注课程设计、教学资源开发、教学模式等；而对于学生来说，知识点的趣味性、课程的激励机制以及与其他要素的交互性更为重要。例如，吴世勇［2］认为在线教育要嵌入到教育生态系统之中，并提出内容嵌入、结构嵌入、评价嵌入与发展嵌入4种模式；杨雅都等［3］通过阐述建模语言、块的结构、权限管理和挖掘规则等构建资源区块链的基本要素，探讨区块链技术在在线学习资源管理方面的应用；③在线教育模式。“互联网+”背景下的在线教育模式多种多样，既包括课程模式也包括学习模式。从在线教育的发展脉络来看，先后出现了传统网络课程、视频公开课、慕课、微课、翻转课堂等多种形式，每种形式各具特色，互为补充，满足学者多样化需求。例如，谢贵兰［4］对慕课、翻转课堂、微课及微视频等进行了详细辨析，突出了不同手段的应用价值。

综上所述，在线教育的研究已经取得一定成果，但还存在以下不足：①研究时间局限，多围绕在线教育发展的初步阶段，未考虑到目前已处于在线教育的深度发展阶段，所面临的问题更加复杂；②研究视角较为单一，在线教育的发展受多重因素影响，需采用综合思维进行分析；③研究多基于微观层面，宏观研究稍显不足。

一些研究已从理论上论证了区块链应用于在线教育的可行性，但受技术、伦理等限制，在实际应用效果方面的研究较少。目前，区块链技术主要用于支持开放教育资源、构建在线问答的奖赏机制、建立真实个体学信记录等。例如，全立新等［5］为促进数字教育资源更好地流通，设计了一种开放的、去中心化的资源流通模式。总体而言，区块链应用于在线教育仍处于初级阶段，未考虑到在线教育深度发展所带来的挑战，这主要是由于区块链技术、相关政策和研究视角尚未展开。为此，本文从宏观视角把握在线教育深度发展中存在的问题，探讨在线教育中区块链的作用机制，分析区块链具体应用的挑战，并提出相应的优化路径。

2 在线教育深度发展的特点与问题

2.1 特点

目前，我国在线教育已形成较大规模，截至2020 年12月，我国在线教育用户规模达3.42 亿，占整体网民的34.6%［5］。从在线教育井喷式革命性发展历程来看，其呈现出以下3 个特点：①形式多样。急速发展的互联网为在线教育带来了多样化在线学习资源，资源类型囊括电子期刊、电子教案、电子图书等，在线资源平台涵盖超星学习通、中国知网、万方数据库等，课件类型包含基于个体的任务型、微型课件型、小组合作型等多种形式［6］；②更加包容。在教育对象上更加关注弱势群体；在教育定位上，在线教育与学校教育形成了虚实融合、包容性更强的教育体系；在教育内容上，在线课程资源覆盖面更加广泛；③充分融合。在线教育利用自身优势与线下教育实现融合式发展，既能弥补在线教育中交流环节的缺失，又可关注到不同学习者的差异性，逐步形成了在线教育与线下教育相互衔接与循环的教育生态。

2.2 亟待解决的问题

2.2.1 交互性较弱，教育质量难提升

交互水平是衡量在线教育效果的一项重要指标。在线教育虽然为学习者提供了多样化教育资源，在一定程度上满足了其个性化需求，但现有在线教育模式普遍存在教学交互性较弱的问题。在教学过程中，基于教育内容，借助相关信息技术在教师和学生中展开的相互交流、联系、沟通并产生影响的行为活动称为教学交互。在线教学有3种交互类型，即学习者与教师、学习者与学习者、学习者与学习资料之间的交互［7］。在线教育交互性较弱首先表现在师生互动形式单一，仅靠点名、签到、提问等方式难以进行师生情感交互［8］；其次表现在学习者之间的交互上，主要为合作学习，通过网络开展的合作学习可以缓解学生在现实中交流的紧张情绪，增强其自信心，但自觉性不足、合作学习平台缺乏、互动时效性难以保证等因素制约了学生之间的互动；最后表现在学习者与教学资源的互动上，大多数在线教育平台提供的教学资源为课堂实录视频，形式较为陈旧，缺乏互动性［9］。此外，在线教育平台对用户特征的分析不够准确，推送的教学资源并不能很好地满足学习者的需求，部分在线资源网站只能下载内容却不能上传内容，这也制约了学习者与教学资源的有效互动。

2.2.2 普惠性较弱，教育公平难保证

教育公平作为社会公平的重要组成部分，对社会可持续发展具有深远影响。随着在线开放课程资源的大范围推广，教育资源不再局限于学校的围墙之内，共享资源打破了学校、地区甚至是国家之间的教育壁垒，促进了教育公平。但在实践过程中，普惠性的在线教育资源供给不足、质量不高、发展不平衡的问题依然突出，具体表现在：①资源开发成本过高。在线教育平台对教育资源的所有权和使用权有各自不同的要求，资源生产方议价能力低，使得大多教师不愿意参与课程资源的开发。资源上传到平台后，平台方对资源的维护和迭代服务不足，资源提供方的版权常被侵害，打击了资源分享者的积极性；②在线教育资源质量良莠不齐［10］。现存在线教育资源包含由国家开发的免费资源和市场导向的收费资源，两者准入门槛不同导致在线教育资源质量存在显著差异，重新筑起教育资源共享的壁垒；③跨平台、跨区域的在线资源开发共享机制尚未形成，使得受教育者由于地域环境、经济条件等差异而不能享受到平等的教育机会。在新冠肺炎疫情导致全体学生在线学习的背景下，不同家庭条件的学生出现了成绩差距拉大的现象，尤其是贫困家庭学生的课程参与度与完成率明显更低。

2.2.3 过程性较弱，教育评价难信服

在线教育的评价对象包括学生学习过程的评价和教师教学过程的评价。在常规线下教育中，教育主管和行政部门可以采取“推门听课”的形式实现对教师的过程性评价，周考、月考等不同时间段的考试可以及时记录学生的学习效果。然而，目前在线教育的过程性评价效果不尽如人意，主要体现在：①评价依据不充分，留痕成为评价的单一依据。例如进入直播间的时间、退出课堂的时间、学生在线签到记录、教师和学生同时在线的截图等成为评价的重要依据，这种形式的评价数据真实性难以保证；②评价内容不全面，获取的过程性数据有限且不具有时效性。仅靠教师打分会使评价结果存在片面性，无法将学生的学习轨迹纳入到评价范围内。一些在线教育平台只是将单一因素作为评价指标，例如仅依据学生观看视频时对屏幕的点击率或是否回答视频中的问题进行评价［11］；③评价对象不全面。在线教育评价需要关注过程性记录，但并不意味着忽视在线学习的结果。参与了在线教育不等于参与了在线学习，参与了在线学习也不表示每个学生都学有所成。因此，在线教育的过程评价既要包含过程性数据，也要将学生的学习效果考虑在内。例如在线课程如果教的是论文写作，那么评价自然需要关注学生所写论文的质量，提交的论文既能作为学生参与在线教育的成果证明，也能作为评价学生在线学习效果的依据。

2.2.4 规范性较差，教育治理难推进

在线教育治理问题的复杂性不断凸显，主要表现为以下3 个方面：①多元化的教育主体存在缺位。政府、学校、市场、社会等主体一定程度上存在功能不足与定位偏颇的现象，例如政府关于在线教育的法律缺失、学校治理能力有限、教育市场逐利、社会参与度不足等；②资源应用与管理缺乏协同。各地建设的教育资源库与服务平台相互独立，同质化与低效率问题突出，在线教育资源的应用与管理缺乏协同机制；③监管模式相对单一。目前各地主要利用登记备案、建立黑白名单等方式对在线教育机构进行监管，但在线教育机构类型不一、资质各异且与传统学校教育存在一定差异，给监管带来了困难。

3 区块链驱动在线教育发展

3.1 政策保障

目前，欧盟、美国、中国等逐渐意识到区块链在教育中的巨大作用。各国为规范区块链在教育中的具体应用，相继制定了相关政策与条款，具体如表1 所示。

Table 1 Policies on the application of blockchain in education at home and abroad表1 国内外关于区块链在教育中应用的政策

3.2 作用机制

目前区块链已被广泛应用于各行各业，主要归因于其4 个突出特点：①安全可靠。区块链由多个节点组成，每个节点都会对交易信息进行备份，一个节点甚至多个节点出现故障不会影响整个系统运行，数据的安全性和可靠性得以保障［12］。例如在线教育平台的某个专区需要调整维护时不必暂停整个平台，而只需要对出现问题的专区进行维护，其他部分可照常使用；②高度信任。区块链由多个主体共同参与、共同维护，点对点的传输确保各个主体可以直接交流，不存在中介组织，主体间达成共识使得系统内的任何参与人员需根据规定完成相应任务，每一步操作都清晰可见、公开透明［13］。例如区块链技术应用于学历信息存储时可避免随意篡改信息的现象发生；③可追溯。基于区块链的时序不可逆、数据不可纂改等技术特性，按照时间顺序进行数据记录，每一个时间节点都可以验证、定位和回溯，链条上的任何操作都有迹可循；④激励机制。激励机制是实现区块链上多个节点共同维护的动力，通过赋予各个节点参与权、决策权以及监督权激活主体参与的积极性［14］。例如教师可以使用虚拟学习币对学生进行奖励。综上所述，将上述区块链的特性应用于在线教育中可促进其深度发展，以下详细介绍其作用机制。

3.2.1 点对点传输增强在线教育交互性和激励作用，提升教育质量

区块链公开透明、安全可靠的网络架构和点对点的传输模式可以重构在线教育的互动模式，提升师生参与互动的积极性。首先，将点对点传输的及时性与激励机制相结合，使师生在完成某项任务时立即得到奖励，以此激发其学习动力。例如Educhain 区块链平台打造了虚拟数字货币作为师生每完成一个任务或项目时的奖励，学生完成学习任务即可获得数字货币，教师上传教案课件也可获得奖励，虚拟的数字货币吸引更多教师和学生参与到在线课程、创新项目、实践活动的讨论分享之中，以此激励师生间产生更加有效的互动［15］；其次，点对点传输的匿名性使学生之间可自由讨论，无需关注对方的身份地位，减少因顾及对方身份而不敢提出质疑的忧虑，使得交互更加顺畅；再次，利用点对点传输的精准性可使教育者和学习者突破物理空间限制进行直接沟通对话，在线教育平台也可有针对性地向学习者推送在线学习资源；最后，点对点传输能提升在线教育资源更新速度，使学习者能通过社区讨论以及游戏互动等方式更高效地与教育资源产生互动，使其主动参与到教育资源的学习、共享、传播过程中，进而形成良性循环，提升教育质量。

3.2.2 智能合约技术促进在线教育资源共享，保障教育公平

智能合约是以数字形式构建的特殊协议，只有满足协议中的规定条件才能产生结果，进而提供、验证以及执行合约。在线教育通过智能合约可以在学习者、教育者、资源平台间建立一个自动执行、身份验证、数据共享的循环系统。一方面，智能合约可以为在线教育资源的供给提供动力。以往在线教育平台中涉及金融方面的业务需要人工执行，利用智能合约则可以实现计算机自动执行，为在线教育平台节约了一大笔人工费，资源的开发成本也会降低，从而使得在线教育平台更有意愿开发新的教育资源；另一方面，通过加密手段处理的在线教育资源是无法随意复制的，只有拥有相应密钥或建立智能合约的用户才能获取相关资源，这在很大程度上保护了资源提供者的知识产权，资源提供者可以充分信任平台，更加愿意上传资源，以此形成提供在线教育资源的合力。此外，通过智能合约共同见证、记录资源的使用情况，改变原有以单一主体为中心的系统模式，可避免相关平台的封闭和垄断，减少资源提供方的业务顾虑，提升资源拥有者共享优质教育资源的意愿。综上所述，可以利用智能合约技术整合教育资源，使学生通过更少的成本享受更好的教育，使更多教育对象获益，保障教育公平。

3.2.3 可追溯性技术保障在线学习认证的安全性，提升教育评价信任度

区块链的可追溯特性为在线教育评价构建了一种全新的技术基础和实践模式。由于区块链储存数据的原则是顺时记录，所有上链数据都可以被追溯，每一块都涵盖了系统的所有信息，信息可以交叉验证，从而保障了区块链中所有信息的真实性［16］。首先，可追溯性保证了在线教育数据的真实性，每个节点的处理过程都会被其他节点见证，减小了篡改信息、谎报信息的风险，使得链条上的数据更具真实性。例如，可将学生学籍、学习成绩、个人档案以及不同学习阶段获得的各类奖状、学历学位证书等上链，打造真实可信的教育认证系统，形成共享有序的个人网络学籍，该网络信息可被信息需求方验证；其次，可追溯性技术保证了评价数据的可靠性，较好地避免了在诚信度低、监管水平弱的环境中学生数据造假等行为的发生，从源头和过程保证数据的可靠性；最后，可追溯性技术有助于教师在在线教育过程中随时记录学生表现并及时提交至云端，方便相关人员及时查看评价信息并参与到对学生学习成效的评价中，从而提升公众对于教育评价的信任度。其具体流程如图1 所示。

3.2.4 分布式存储方式完整记录教育数据，推进教育治理

Fig.1 Track record of online learning based on blockchain technology图1 基于区块链技术的在线学习记录

自党的十八届三中全会提出推进国家治理体系和治理能力现代化以来，如何实现教育治理现代化引起了学界的高度关注和热烈讨论。多元主体参与在线教育决策、监督与评价是教育治理体系现代化的重要特征。首先，区块链分布式存储技术可以将政府机关、学校、社会组织以及个体有效纳入共同治理的过程中，通过建立统一信息化管理平台，实现在线教育治理主体多元化，同时通过法律明确不同主体的权责，赋予教育治理主体的行动权力；其次，分布式存储可对海量数据进行信息分类处理，并按照功能类别分别由专门空间储存，以避免由于资源库相互独立且同质化给数据检索带来的麻烦，以便快速找到教育治理所需信息，降低管理成本；最后，分布式数据存储方式可使治理过程、监督与评价结果可追踪、可信赖，区块链各节点地位平等的特性使得传统教育治理中政府单一的治理思维得以打破，多元主体的价值得以体现。各个在线教育主体各司其职，每个主体的思想能够真实表达且被广泛倾听，给教育治理提供了一个有序、可持续发展的生态环境。

4 在线教育中应用区块链的实践困境

4.1 现有数据库与区块链兼容问题

区块链在在线教育中的应用在一定程度上解决了在线教育资源共享、用户数据安全、多元主体相互信任的问题。然而，随着计算机技术的快速发展，数据存储介质和结构形态也在不断更新升级，文件存储格式的兼容性随之发生变化［17］。目前，我国已有许多类型的数据库管理系统，如学生学籍管理系统、教师管理系统、各个层级的教育管理系统等，国家级数据库、省级数据库以及各个学校的数据库也广泛存在。这些数据库系统的性能各不相同，将其与区块链兼容是极大挑战。具体而言，国家级数据库的各项性能优于校级数据库，在进行数据共享时两者的接口不同，会给数据交互带来不便，一定程度上改变原有数据的存储形式，造成数据资源的缺失或损坏，影响在线教育资源共享的效率。此外，区块链作为新兴技术还存在稳定性不明确的问题，在与数据库兼容时可能出现其他技术性问题。

4.2 分布式存储与数据扩展问题

在线教育包含海量教育信息，如何有效对海量信息进行储存是亟需解决的问题。海量数据存储要求资源系统具有高扩展性，然而利用区块链虽然可对数据进行分类储存但在处理海量数据时仍需优化。区块链采用的是在链上进行累加的数据存储方式，每个存储的节点并没有上限，任意节点都需要对交易数据进行全量计算和存储，这对各节点的存储容量和数据迁移能力要求较高［18］。在进行在线教育时，各种与学生、教师相关的数据将大量产生，导致每个节点上都承载了海量数据，一旦某个节点的存储空间被占满就无法向资源库添加新的资源。每个节点上各类数据存储得越来越多，一方面使得数据存储空间受限，学生、教师、教育机构等上传更新数据受到影响，同时也不利于数据资源类型丰富；另一方面，数据传播速率将会降低，数据获取时效性难以保证，使得资源利用率下降。

4.3 去中心化与主体监管问题

若要保证教育领域中教育主权、教育安全和教育公平等目标的实现，需明确教育中各个主体的监管责任，而区块链分布式结构中不同节点是平等关系，权责界限难以平等划分。因此，区块链的去中心化特征使得传统教育管理机构职责淡化，学生数据管理等工作也相对弱化。同时，由于不具备中心化的特性，所有数据都是分布式存储，会造成教育数据产权模糊不清。目前学校在线教育中的数据一般由教育处专门保管，而区块链应用于在线教育会逐渐淡化实体教育管理部门职责，使得教育数据的存储逐渐虚拟化。此外，这些虚拟数据的归属权、使用权以及利用数据产生的经济效益等归属问题将加大监管难度。

4.4 公开透明与安全隐私问题

在利用区块链记录教育数据时，为了保证教育数据可以被不同主体追溯和验证，区块链中的所有教育数据必须公开透明地展现给所有节点，但各个节点的性能参差不齐，显著增加了隐私泄露风险。区块链应用于在线教育带来的隐私泄露风险主要来自以下两个方面：一是在线教育的节点通常为学习者的个人电脑，与传统网络中的专用服务器相比抗攻击能力较弱［19］。以往的中心化结构中，管理者只需重点保护几个关键节点，而区块链中各个节点地位平等，对所有节点都采取保护措施难度较大，攻击者有机会找到薄弱环节窃取用户信息；二是区块链的各个节点具有关联性，使得攻击者可以利用这种关联性找出相关敏感信息。虽然理论上只有超过51%的节点用户同时遭到不法分子的恶意攻击时存储数据才有可能被泄露或篡改［20］，但随着信息技术的发展，没有人能确保攻击者不会突破节点限制窃取用户隐私信息。

5 在线教育中区块链的应用路径分析

5.1 优化数据存储技术，促进在线教育资源共享与管理效能提升

区块链的去中心化、不可篡改等特性促进了存储方式的变革，但区块链存储并不能完全解决海量数据的存储问题，还需与新技术结合，共同促进在线教育资源共享。一方面，若想突破区块链各个节点存储容量和性能给数据存储带来的困境，需将区块链与云存储相结合，利用激励机制使各个节点参与云存储服务，提高数据存储空间利用率；另一方面，为解决区块链节点存储性能带来的安全问题，建议借助相关算法分析容易遭受恶意攻击的节点及其概率，并计算每个分片中的区块数量，对节点数据进行分区存储，每个节点只需存储一部分数据，保证安全性。同时，利用纠删码技术改善区块链存储性能，其容错能力可有效保障存储在节点中数据的可用性，也可将新产生的数据分布存储以减少存储开销。数据存储技术的优化升级能使海量优质教育资源于云端共享，而对数据的切片化处理则有利于相关部门有针对性地进行管理，从而提升管理效能。

5.2 优化信息记载模式，促进学生学习效率和自主性提升

许多学习者面对海量学习资源却依然找不到适合自己的资源，这是受到在线教育平台信息记载模式的影响。虽然资源平台众多但查询检索功能相对单一，优化信息记载模式对于提升学生学习自主性具有重要意义。首先，区块链存储是一种写密集型高于读密集型的数据存储系统，其查询效率较低，可通过外联数据库的方法扩展系统的查询功能，通过内置索引的方法提升检索速率；其次，针对检索效率较低、查询数据语义信息较少的问题，可利用ETL（Extract-Transform-Load）流程，即数据的抽取、转化和加载流程优化区块链查询功能。首先将查询的数据提取到相应模块；然后对提取的原始数据进行兼容性处理，利用其多样化的基础查询接口满足学习者的查询需求；最后着力研究可编辑区块链技术，在保证区块链上教育信息安全的同时实现部分内容可编辑、可修改，增强区块链记载的灵活性。在线教育资源数量庞大，在保证节点记载容量的前提下，记录新的教育信息并删除不重要信息十分必要。然而基于区块链的不可篡改性，上链的教育信息修改难度较大，需要从区块链本身架构入手尝试研发可编辑的区块链，以进一步优化基于区块链的在线教育信息记载模式，给学生提供更加灵活的在线学习记载体系。

5.3 优化安全认证技术，促进在线学习结果有效性提升

在线教育的身份认证和学习成果认证是在线学习结果的重要保障机制。慕课是在线学习的重要形式，但其在身份认证上出现的冒名顶替问题制约着其进一步发展。学习成果认证是学生持续学习的动力，区块链在优化身份认证和学习成果认证上大有作为。一方面，将区块链与常用的双因子模糊认证和人脸识别相结合，既保证学习者身份的真实性又可避免身份信息在验证时泄露。这是由于区块链的去中心化结构可避免中心化数据库泄露身份信息，共识机制使得在线学习账户一经本人注册其他人便无法更改或注销；另一方面，利用区块链将课程质量融入到在线学习成果的认证之中，使课程质量与在线教育互相验证，增强在线学习成果认证的可靠性。此外，区块链鼓励多元主体加入到对学习成果的认证之中，在线教育机构、学生、教师相互对话交流，共建安全可靠的认证体系。

5.4 优化点对点传输方式，促进优质教育资源配置和教育公平

点对点传输网络使得每个节点拥有双重身份，主体既是资源的提供者也是使用者。该网络有效解决了信息不对称和网络信任问题，但由于没有中心节点对数据资源进行管制和筛选会产生冗余信息，传输效率就会变低，主体间的交流也会受阻。为此，首先需要提高基础设施的支持能力，进一步扩大网络覆盖率，研发更加优质的传输介质，推进5G 等网络技术的广泛应用，缩小不同学校和不同群体之间的数字鸿沟，从硬件上保障传输效率；其次要建立严格的信息传输规范，科学合理地规划、布局和建设数据中心，明确各信息主体责任，构建“政府引导、社会参与、用户选用”的应用服务供给机制。引导各个主体合作，共同维护信息传输网络的生态环境，使优质教育资源得以共享；最后要提升网络环境的安全保障能力，相关部门、行业协会要统一标准，建立供应链安全管理体系，定期检测并预警通报，提升网络安全态势感知能力，全面加强数据安全保障。

6 结语

区块链的快速发展与渗透赋予了在线教育新的活力。智能合约技术促进在线教育资源共享以促进教育公平，点对点传输增强在线教育交互性以提升教育质量，可追溯性技术保障在线学习认证的安全性以提升教育评价信任度，分布式数据存储方式完整记录教育数据以推进教育治理。然而目前区块链在在线教育中的应用尚不成熟，需要优化数据存储、信息记载、安全认证、点对点的传输方式，以推进在线教育朝着更高层次迈进。区块链虽然促进了在线教育的发展，但在与在线教育深度融合时还存在数据库与区块链兼容性、分布式存储与数据扩展、去中心化与主体监管、透明性与隐私权保护等问题，尚待进一步探究。