区块链技术驱动下的高校教育资源平台建设

河南财政金融学院

 

一、工作背景

（一）项目实施背景

1.社会发展的需要

当前我国高校现行的管理体制实际上是行政体系在高等教育的延伸。行政化管理体制对于坚持高等学校办学方向、合理配置高等教育资源、维护高等院校稳定发挥重要作用。但随着我国社会主义市场经济的不断发展和完善，高校行政化体制存在管理效率较低、资源共享能力不足等问题。在教育教学与信息技术深度融合、培养目标与社会经济需求日益紧密的背景下，如何提高管理效率，扩大资源共享，建设诚信校园，增强高校对社会的影响力逐渐成为高校教育改革的重要领域。

2.区块链的应用上升为国家战略

区块链已成为全球技术发展的前沿，在我国的应用已经上升为国家战略。2016年，中国将区块链技术列入《“十三五”国家信息化规划》，明确提出“要加强区块链等新技术基础研发和前沿布局，构筑新赛场先发主导优势。”工业信息化部信息中心发布的《2018年中国区块链产业白皮书》中提出区块链系统可以使用于学生征信管理、升学就业、学术、资质证明、产学合作等方面，对教育就业的的健康发展具有不可估量的价值。

区块链实质上是一种全网共识共同维护且保护所有历史交易数据的分布式数据库，是多中心的点对点传输、共识机制和加密算法等多种技术在互联网时代的创新应用模式。作为“互联网+”新业态的一种新型应用技术，其所采用的分布式点对点通讯、非对称加密、共识机制、可灵活编程智能合约等技术使其具备了去(弱)中心化(网络上的各节点权限基本对等)、可追溯性(运用时间戳记录链上信息写入的时间)以及信息不可篡改(运用共识机制全网节点共同对信息进行背书)等特性。区块链通过调动全网节点的参与积极性，实现多节点无差别记录，从而解决传统中心化机构的高成本、低效率以及数据存储不安全等问题。区块链理论最大的颠覆性在于重构新的信任机制，其核心价值有助于建立未来社会发展的良好生态环境。有了良好的信任机制，工作效率得到提升，诚信社会得以建立。本案例基于区块链的以上技术进行了研究和实践。

目前，区块链应用在教育领域大多处于谋划阶段，鲜有应用实例。根据工业和信息化部、中央网络安全和信息化委员会办公室联合发布的《关于加快推动区块链技术应用和产业发展的指导意见》与教育部发布的《高等学校区块链技术创新行动计划》文件精神，为提高管理效率和能力，完善治理体系建设，河南财政金融学院、郑州大学、郑州轻工业大学和中原工学院四校充分利用信息化技术手段，发掘学校科教资源优势，探索区块链技术在教学管理、学生管理等方面的应用。

3.构建四校“私有链”管理平台

河南财政金融学院、郑州大学、郑州轻工业大学和中原工学院四校经过认真梳理人才培养体系要素及其逻辑关系，分别搭建了基于区块链技术的人才培养过程管理平台“财金私有链”（图1）、“郑大厚山链”（图2）、“轻大私有链”（图3）和“中原工弘德链”（图4），用以解决高等教育传统教学数据管理过程中存在的信息不对称、数据不可信、系统对接难等难点问题。四所学校围绕人才培养的全生命周期进行改革，所建立的“私有链”内含学校教务、学生、各教学单位等信息，可解决学生成绩在录入、存储、审核、归档等过程中存在数据易被篡改、可信性受质疑的问题。它可记录数据产生的全过程，解决数据的产生、管理、交换等所面临的数据确权、安全存证、最高权限缺乏制约、人情关系干涉等问题，保证数据的客观性、真实性、完整性，从而构建完整的可信数据链。同时，这些私有链支持与现有业务系统对接，和传统数据库兼容，可以在对业务系统进行较小改动的前提下，满足平滑升级区块链需求。覆盖数据的采集、保存、利用、共享、移交、销毁等环节，采用数据指纹、分布式存储、可信共识、字段级加密等技术手段，促进人才培养数据的安全体系和共享机制建设。

 

图1 财金私有链

 

图2 郑大厚山链

 

图3 轻大私有链

 

图4 中原工弘德链

 

4.组建四校“联盟链”管理管理平台

四所高校在建有私有链的基础上通过区块链技术组建联盟链（图5），创建“数据互通、信息共享、资源互联、信用互认”的高校区块链教育联盟，建立河南省本科教育区块链联盟选课系统，以实现由四校师资共建的河南省本科教育区块链联盟共享课程的选课、授课和学分互认资源共享效果。由于区块链技术可追溯性的特点，在该体系下学生培养各个环节的信息均可进行查询和追溯，联盟内各主体都将为自己上传的数据进行负责，数据一旦提交确认在各主体均存在数据记录，即相当于整个联盟为该数据提供信任背书，因此解决了协同育人过程中资源共建共享的问题，以此可以推动不同高校学分互认、实践活动互认、学生培养过程监控和培养质量评价等工作的有序开展。

如学生成绩在上链前，若数据库发生修改，原有系统不能及时发现，只能在出现问题后，被动根据提供的信息进行查找比对；在上链后，若数据库发生修改，系统会时时对链上数据进行比对，若出现信息不符，系统会主动显示异常信息。基于区块链技术的管理系统不改变系统的操作流程，但会对每一个用户的操作进行记录，存储在不同的节点上，并生成一个hash数字签名，保障数据传递的安全性，哈希值是文件的身份证，是一段数据唯一且极其紧凑的数值表示形式，是根据文件大小、时间、类型、创作者、机器等随机计算出来的，无法预料下一个哈希值是什么，见图6的私有链成绩“Hash”值。区块是用于存储数据信息的载体，按时间顺序排列，每个区块可被看作总账中的一页，存储交易信息。在各区块相连的地方，节点是区块链应用技术里处理信息的基本单位，处理完信息后，打上时间戳，生成数据区块，把区块按时间先后顺序连接起来就是区块链。区块高度是连接在区块链上的块数。见图7的私有链成绩区块高度。对系统的每一次操作作为一次交易，记录下来详细的操作信息，每个操作信息有一个唯一的交易哈希。所以区块链技术可保证学生成绩等信息的真实和不可篡改性。

 

图5 联盟链

 

图6 私有链成绩“Hash”值

 

图7 私有链成绩区块高度

 

（二）解决的关键问题

1.校内协同共治机制建设问题

在高等教育普及化的背景下，高校人才培养既要做好基于教育公平的规模化教育，又要做好满足学生个性发展所需的多元化教育。传统“学校（职能部处）—院部—专业”的层制教育架构能够较好支撑规模化教育开展，但是从治理角度看，该结构在横向上职能部处间存在数据孤岛，在纵向上机关与院系间信息关联不足，在工作中依赖于人工对数据进行汇总、统计和核对，工作衔接和配合不够高效，院部和教师非教学负担较重，对于需要教育资源灵活组合的多元化人才培养改革支撑度不够。

2.校际资源开放共享体系建设问题

在利用区块链技术开展信息系统改造升级，实现数据有机互联的基础上，在河南省内或更广泛的区域内加入区块链教育应用联盟，多所高校建立协同育人体系，不同高校可在课程资源共享方面开展合作，学生能够根据需要选修其他高校课程或参加其他高校实践，并且通过区块链互信机制建设实现学分互认，以此实现课程、师资、软件等资源的互助共享，针对资源提供方建立合理的激励机制，实现“谁提供、谁负责、谁受益”的目标，形成可持续、可推广的长效机制。在人才培养资源利用方面，以学生实际选课数据为依据，建立人才培养资源共享的激励机制；在信息利用方面，依托联盟可面向用人单位提供数据信息服务，能面向联盟内高校提供学生培养过程监控和培养质量评价等服务，真正形成可持续的资源共建共享体系，形成育人合力。如图8所示为区块链联盟共享课程四校共上场景。

 

图8 区块链联盟共享课程四校共上

 

3.信息共识互信机制建设问题

信息共识和互信机制建设是区块链技术应用的重要基础和保障，首先联盟内各高校基于规范的人才培养质量标准达成共识（见图9私有链与联盟链关系图），在此基础上充分发挥区块链技术可追溯、信息不可篡改等优势，在数据上传、修改、删除等重要环节均引入身份校验和审查确认环节，形成数据和信息的互联和互信机制，确保数据的信度（见图10联盟链管理机制图）。同时依托互联、互信机制开展学生诚信体系建设，即基于各主体数据互联共享的特点，针对不同信源的相同数据进行匹配校验，对于数据造假的学生进行记录和惩戒，形成“不敢造假、不能造假和不想造假”的良好氛围，例如将学生申报奖学金时填写的绩点数据与教务系统中绩点数据进行匹配校验，如果不一致则说明学生提交数据造假，系统即可将该不诚信行为进行记录，纳入学生诚信评价指标体系当中。在技术层面还需要综合应用加密、数据确权等技术，建立完善的容灾机制，对于进入区块链系统内的各主体权限和查询范围进行规范，做好个人隐私信息和数据公开的有效兼顾，在个别节点出现异常情况时，支持数据自动迁移和自动同步，确保节点状态全网一致性和业务服务稳定性。

 

图9 私有链与联盟链关系

 

图10 四校联盟链管理机制

 

二、工作举措

四所学校结合区块链技术防篡改、可追溯等特点，构建了校内协同共治、校际开放共享、诚信校园互信共识的人才培养改革与治理有效范式，以教育治理能力提升有效增强了人才培养质量，提出了“协同共治、开放共享、互信共识”的基本理念，明确了理念构建、体系完善、机制优化和技术保障的改革路径，见图11成果顶层设计图。

 

图11 成果顶层设计图

 

（一）基于“协同共治”理念构建以人才培养为核心的治理新环境

1.凝聚共识，完善制度支撑。牢固树立“没有信息化就没有现代化”的理念，充分认识数据作为新型生产要素的作用，出台《河南财政金融学院信息化建设与管理办法（试行）》《河南财政金融学院网络信息安全管理规定》等规章制度，对信息化建设“统一规划、统一标准、统一管理”，规范学校软、硬件基础设施和数据资源的建设、管理和使用，实现校园数据的共建共享，确保“一数一源”，充分发挥数据的导向作用，实现人才培养数据的全覆盖、可视化 ，为学校的教育教学提供强有力的信息化支撑。

2.数据驱动，提高工作效率。构建四校“私有链”平台，实现成绩、学籍等核心数据可信共享（见图12成绩流程图），明晰权责划分，以数据打通工作堵点，提高各部门协同开展培养改革的能力，解决数据重复采集、服务响应缓慢、资源共享困难问题。

 

图12 成绩流程图

 

3.改革机构，增强服务能力。设立学校网上办事服务大厅，实现教务、学生、实验管理、信息化等核心业务线上一网通办、线下一站办结，让数据多跑路，师生少跑路，减轻院部和教师事务性负担，聚焦主责主业。

（二）基于“开放共享”理念优化深度融通的协同新模式

1.拓展内涵，深化合作模式。完善审核和退出机制，通过联盟链建设跨学科跨学校的应用型人才培养、科学研究及社会服务等。

2.注重共享，强化校校合作。在做好名师名课共享示范的基础上，完成标准统一、信息互联的联盟链建设，实现了成绩学分等智能互认，目前已经与区块链技术组建联盟链高校开展了课程跨校选修等合作。

3.注重创新，优化技术支撑。基于联盟链平台为合作单位分配数据查询、成绩上传等权限，实现校外学习与校内培养的无缝衔接和实质等效。

（三）基于“互信共识”理念完善过程监督的诚信育人新机制

1.校务公开，夯实互信基础。强化学术委员会建设，通过教代会、学代会、校领导接待日等途径，多重渠道加强师生对权力运行的监督，增强学生规则意识。

2.过程监督，形成行为自觉。依托四校“私有链”建立覆盖培养全过程的诚信档案，通过数据预警系统实现对不诚信行为的智能验证和追溯，维护了诚信育人的良好氛围。

3.增强互信，共建信用社会。通过四校“私有链”的档案校验系统，学生可以生成带有二维码的成绩单等学信档案，用人单位可直接扫码校验，在引入社会监督的同时推动了学生诚信行为养成和信用社会构建。

三、工作成效

（一）形成了丰硕的教学理论成果

依托本案例，承担有关区块链等技术的省部级以上研究课题近10项；在《中国高教研究》《中国高等教育》等期刊发表论文11篇，申请国家知识产权10项；四校共同申报的《区块链技术支持下的人才培养理念构建与治理创新实践》项目，荣获2021年度河南省高等教育教学成果奖特等奖；参与制定高校区块链联盟管理技术标准1项和高校区块链联盟章程等配套制度6个。

（二）推广成效产生了显著的社会效益

项目组成员基于本案例在中国高等教育年会、部省合建等会议论坛做有关区块链技术报告20余次，其中郑州大学在中国高等教育学会主办的“2020年高等教育国际论坛年会"上围绕本成果进行主题报告，1200余人现场参会，349.6万人次在线观看，产生了显著的社会效益。

（三）实现了课程资源的共享

通过四所学校的共同努力，实现了联盟高校间的课程共享，已注册学生11万人，选课学生年均超过1万人次。支撑了2万余名毕业生在未返校的情况下申请并校验成绩单等电子学信档案。人才培养改革和区块链应用被人民日报、新华社、中国教育报等媒体报道，引发了广泛关注。

（四）取得了国内专家高度评价

河南省教育厅组织专家对基于本案例的教育教学改革成果进行了评价，专家一致认为，该成果问题凝练精准，解决方法有创新，为新一代信息技术深度融入人才培养改革与实践提供了新的路径，改革成效显著，对其他同类院校具有示范引领作用和推广价值，达到了国内领先水平。

四、工作经验

（一）具体经验

1.组织保障

学校内各部门和联盟内各校间建立组织，加强顶层设计，定期召开会议，统筹协调建设过程中出现的各种问题。加强对区块链驱动下的人才培养体系创新与实践建设问题研究，形成相关研究成果，及时总结建设经验，更好推进项目的建设。

2.制度保障

出台相关制度，鼓励支持联盟校的学校间进一步深入合作。鼓励支持校际间课程、师资、成绩、校外实习单位等资源的进一步互助、互用、互认。将校际间合作在推进区块链驱动下的人才培养体系创新与实践建设过程中探索形成的有效办法制度化，建立相关容错机制，动员更多高校加入联盟改革探索。

3.条件保障

结合联盟校的各自实际，新建或者通过调整优化空间布局，为推进区块链驱动下的人才培养体系创新与实践建设提供场地。特别是要加快建设实现校级课程互通的智慧教室。为提高教学质量，实现学分互认打下坚实的基础。

（二）不足之处

1.学校内各部门之间的沟通需进一步加强。进一步加强教务、学生、教室管理、院部之间的协作关系，保证教师与学生、教学管理和教室管理间的联动关系。

2.联盟中学校与学校之间的合作交流也需进一步增进。进一步增进各校之间的协作关系，保证步调一致，相互协作，持续深化合作，促进共同发展。

（三）下一步的改进举措

1.加快推进学校智慧教室建设工作

智慧教室是推进区块链联盟校之间课程共上、师资共享、学分互认的基础，学校需进一步加快推进智慧教室建设工作，以保证课程质量和教学效果。

2.助推“诚信文化”建设快速发展

通过诚信制度建设、诚信讲堂宣讲、诚信活动举办、诚信事迹宣传、诚信考场设立、诚信考风培育、诚信学分银行设置等举措，形成人人讲诚信、时时讲诚信、处处讲诚信的良好校园氛围，助推“诚信文化”建设快速发展，增进联盟校学分互认的质量。