融入區塊鏈的課程目標達成評價系統建構與應用研究

張恩 楊翠 王春麗 馬媛媛 李功麗

摘要：推進課程評價數字化轉型升級，是實現教育現代化、推進教育高質量發展、建設教育強國的重要舉措。然而，當前課程目標達成評價領域存在中心化管理、數據孤島、安全性不足等問題，影響了課程目標達成評價的科學性和公信力，進而制約了課程評價數字化轉型。為此，文章提出一種基于區塊鏈技術變革課程評價的新思路，設計了融入區塊鏈的課程目標達成評價系統，從數據共享框架、課程目標達成評價合約、隱私保護方案三個層面探討系統的運行機制，并闡述該系統的主要功能和應用成效。文章設計的系統，可為消除數據孤島、提高評價數據安全性、推動課程評價數字化轉型提供參考。

關鍵詞：區塊鏈技術；課程目標達成評價；數字化轉型；成果導向

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2024）02—0072—09 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.02.008

習近平總書記在二十大報告中明確提出，要積極推進教育數字化轉型，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國[1]。課程評價的數字化作為實現教育數字化轉型的關鍵，是促進人才評價機制創新化、教育管理機制系統化和教育決策科學化的基礎。課程目標達成評價是課程評價的重要組成，定期評價課程目標達成度并依據評價結果持續改進，能夠不斷提升課程建設水平和人才培養質量[2]。但當前課程目標達成評價存在中心化管理、數據孤島、安全性不足等現象，導致其精準性、科學性和公信力未得到令人滿意的改善，制約著課程評價數字化轉型的實踐落地和成效發揮。數字時代課程評價的轉型發展迫切需要先進技術支撐，對此，祝智庭等[3]指出，區塊鏈是數字化轉型的五大工具要素之一，其憑借智能合約、分布式賬本、共識算法等核心技術，有效保障系統的可靠性和安全性，助力課程評價數字化和智能化?；诖?，本研究嘗試以區塊鏈為技術支撐，構建融入區塊鏈的課程目標達成評價系統并進行實踐應用，力求在確保敏感信息不被泄露的前提下，實現課程目標達成評價數據在教育組織、實習單位、教師之間的安全流通和協同共享，從而創新課程評價數據管理方法，提高課程目標達成評價精準度，為消除數據孤島、提高評價數據安全性、推動課程評價數字化轉型提供參考。

一 課程目標達成評價與區塊鏈技術

1 課程目標達成評價及存在的問題

課程目標達成評價是指對學生完成課程后的知識、能力和素質進行測評，以反映課程目標的實現程度[4]，是師范專業認證內涵發展的基石。課程目標達成評價直接關系到專業認證的“底線”要求，只有證明課程目標的達成，才有可能證明畢業要求的達成[5]。隨著師范專業認證在我國的迅速發展，課程目標達成評價逐漸被各教育部門和高校所重視，雖然課程目標達成評價在專業認證標準體系和教學質量評估中至關重要，但在實際操作中，這項工作仍令專業和一線教師倍感困惑和棘手，出現了中心化管理、數據孤島、安全性不足等諸多問題，具體包括：①采用中心化的管理模式，存在中心節點數據管理權限過高的現象，破壞課程目標達成評價的權威性和公信力；②不同部門、平臺與教學系統之間的內部數據封閉處理、數據標準不統一、信息不共享，導致數據孤島現象的產生[6]；③評價數據存在人為篡改、遺失或泄露的風險，影響評價結果的可信度和有效性[7]。如果不能深入、有效地解決這些問題，恐將影響課程建設的質量和效果，并進一步阻礙課程評價數字化的進程。

2 區塊鏈為課程目標達成評價提供技術支持

區塊鏈技術以塊鏈式數據結構存儲數據，采用數字簽名保證賬本信息的完整性，運用共識機制實現賬本信息的一致性，通過智能合約自動執行交易[8]，能夠有效、可驗證和永久地記錄交易過程中的數據，防止數據信息被非法篡改和偽造[9]。區塊鏈作為比特幣的底層技術不僅在金融、科技、醫療等諸多領域得到應用，在教育領域也具有巨大的應用潛力[10]。目前，國內外一些研究機構和學者已經開始探索如何應用區塊鏈技術助力教育領域現代化，如麻省理工學院媒體實驗室利用區塊鏈技術構建學位證書項目Blockcerts，用于創建可驗證的數字學術證書；陳燕等[11]設計“區塊鏈+未來高?！苯逃齽撔律鷳B系統，以促進“未來高?！苯逃齽撔?；鄭旭東等[12]構建基于區塊鏈的學生綜合素養評價系統，為評估學生綜合素質提供有效路徑。以上研究成果記錄了區塊鏈在教育領域的發展歷程，為后續研究提供了參考。綜上，本研究認為區塊鏈技術可為解決當前課程目標達成評價面臨的問題提供技術支持，具體原因為：①區塊鏈因其公開、透明、集體維護等特點，可以實現評價數據的融通共享，為課程目標達成評價數據的提質增效提供技術支撐；②區塊鏈憑借數字簽名和智能合約技術，能夠實現對評價數據的授權與驗證，防止數據泄露或被惡意訪問，促進評價數據安全性的提高；③區塊鏈憑借去中心化和不可篡改的特點，可保證評價數據的真實性和完整性，提高評價過程的透明性和可追溯性。

二 融入區塊鏈的課程目標達成評價系統的設計

1 融入區塊鏈的課程目標達成評價系統總體架構

（1）設計理念和原則

可靠性是課程目標達成評價樹立公信力的重要基礎，沒有公信力的課程目標達成評價難以立足，更不可能發揮課程評價指揮棒的作用。眾所周知，區塊鏈在技術上很好地解決了中心化管理、數據孤島、安全性不足的問題，故區塊鏈技術用于課程目標達成評價改革可確保評價的公信力。為此，本研究基于區塊鏈技術，構建了融入區塊鏈的課程目標達成評價系統，以期實現評價數據的共建共享、評價主體的多元參與、課程目標的精準評估，進而提升課程評價的可靠性和公信力。系統設計原則如下：①營造去中心化的評價環境。在分布式賬本技術的支持下，搭建分布式數據框架，削弱中心化節點的管理權限，提高評價結果的真實性和客觀性。②維護評價數據共建共享。制定可自動執行的課程目標達成評價智能合約，促使各評價主體協同互信，推動評價數據的融合貫通。③提升評價的安全可靠性。運用密碼學技術使評價數據在不泄露隱私信息的前提下溯源可查，保障課程目標達成評價數據的隱私和安全。

（2）架構設計

考慮到Hyperledger Fabric平臺的完全公開、共享、透明、去中心化特性和星際文件系統（Inter Planetary File System，IPFS）分布式存儲、共享文件的特點，本研究借助Hyperledger Fabric平臺和IPFS系統，依據系統的設計理念和原則，構建了融入區塊鏈的課程目標達成評價系統（如圖1所示），包含數據來源層、核心技術層和評價交互層。

①數據來源層。該層負責為系統提供評價數據，主要包括以下來源：學校教務系統的數據，涵蓋了督導評教、學生評價和實習情況等數據；電子評卷系統的數據，如期末成績；移動教學平臺的數據，記錄了學生的簽到情況、作業成績和章節測試等課程學習過程的數據。

②核心技術層。該層由Kafka集群、Hyperledger Fabric、區塊鏈技術構成，負責系統功能的運行與實現。系統利用Kafka集群分布式存儲數據文件，實現負載均衡和故障轉移；以Hyperledger Fabric為基礎平臺，針對教育場景數據量大和隱私性強的特點，優化其存儲和安全機制，確保評價數據的完整性；通過區塊鏈分布式賬本、共識機制和同態加密等核心技術，防止數據信息被非法篡改和偽造。

③評價交互層。該層擔負保障用戶與系統交互的責任，包括評價數據采集、課程評價實施、評價結果應用模塊。其中，評價數據采集模塊旨在通過各種渠道收集相關數據，包括課堂表現、實習實踐和綜合成績等數據；課程評價實施模塊負責利用智能合約評價數據進行分析和計算，實現評價主體多元化、評價方式多樣化和評價內容多維化；評價結果應用模塊指系統將評價結果反饋給相關用戶，以便開展課程目標達成分析、課程持續改進和一流課程創建等應用。

2 融入區塊鏈的課程目標達成評價系統的運行機制

（1）分布式數據框架實現數據共建共享

本研究以Hyperledger Fabric平臺為依托，借助區塊鏈技術優勢，利用Kafka集群高吞吐、多分區、多副本等特性，設計了基于區塊鏈的分布式數據框架（如圖2所示），實現評價數據的共建共享。其中，每位參與者相當于一個節點，節點之間通過P2P網絡實現評價數據的實時更新，促進教師、教育組織、實習單位相互協作，實現不同平臺間評價數據的互聯互通。此外，該框架的多中心共存模式可避免因單點失效造成的系統故障，提升課程目標達成評價的可靠性。

根據基于區塊鏈的分布式數據框架，評價主體（如教師、教育組織和實習單位）通過客戶端經CA認證后，其評價結果的共識執行流程如下：首先，客戶端提交課程目標達成評價提案到評價背書節點。接著，評價背書節點模擬該評價提案，并將結果發送回客戶端。此時，客戶端將評價提案與背書相結合，將其廣播給評價排序節點。之后，評價排序節點檢查背書，為每個通道創建新區塊并廣播至通道的其他節點。最后，由多個Broker組成的Kafka集群處理通過排序節點PULL和PUSH的交易信息，并利用Zookeeper存儲集群元信息，保證系統的可用性。

（2）課程目標達成評價合約形成多元評價體系

為解決高校課程評價與課程目標脫節、評價單一化等問題，本研究設計了課程目標達成評價合約。該合約以成果導向教育理念為指導，依據《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》及相關行業標準，利用分布式賬本和智能合約技術，實現各評價主體協同參與，共同制定人才培養目標、明確課程目標、確定評價標準。該合約執行機制如圖3所示，具體過程如下：

首先，部署在Docker容器中的課程目標達成評價合約取得評價內容數據后（如課堂表現、實習經歷和考核成績數據），根據預設的評價判定邏輯，自動完成過程性評價、增值性評價和總結性評價，輸出課程目標達成評價結果。然后，依據評價結果，通過智能分析生成評價報告、呈現課程畫像、制定改進方案，為課程完善和學生發展提供反饋建議與改進依據。最后，課程目標達成評價合約執行過程產生的數據，通過PBFT算法共識記錄在新的課程目標達成評價區塊，最終上鏈更新至課程目標達成評價區塊鏈賬本。其中，每個區塊包含了一組默克爾根、時間戳、哈希值、評價結果等數據，保證了評價數據的不可篡改和可追溯性。

（3）雙重安全機制確保數據隱私安全

在課程目標達成評價中以課程和學生為核心的應用數據豐富且多元，其中含有許多敏感信息。區塊鏈雖能解決部分安全性不足的問題，但仍存在信息泄露的風險。為此，本研究提出雙重安全機制保護方案，力求在實現數據共享的同時保障數據的隱私與安全，具體如下：

①基于同態加密的評價數據隱私保護方案。系統通過同態加密和零知識證明，實現課程目標達成評價數據的隱私保護。評價數據經過同態加密后，結合零知識證明生成的證據，發送至智能合約進行驗證，并將驗證結果返回至客戶端。由于評價過程中區塊鏈上的評價數據均為密文，因此可以有效避免隱私數據的泄露。

②基于權限管理的評價數據隱私保護方案。系統通過智能合約技術設計身份管理合約、課程目標達成評價合約和查詢列表合約，限制數據的訪問權限。身份管理合約（Identity Registration Contract，IRC）與其公鑰地址綁定，負責記錄用戶身份信息、維護學生課程目標達成評價合約列表和管理評價歷史；課程目標達成評價合約（Course Evaluation Contract，CEC）存有允許查詢的授權列表，可將指定CEC共享至特定組織，也可隨時收回查詢權限；查詢列表合約（Query List Contract，QLC）維護具有查詢權限的課程列表，實習單位可通過QLC查詢授權課程的匿名評價數據集。學生若收回對實習單位的查詢授權，該單位的QLC將自動從查詢列表刪除該課程。

為了更清晰地說明系統的運行機制，本研究從評價數據流向的角度出發，詳細分析了系統運行流程（如圖4所示）：用戶通過客戶端錄入從評卷系統、移動教學、教務系統等平臺獲得的評價數據，若經數據格式化后發現數據中包含視頻或圖片等多媒體數據，系統將其存入IPFS，并返回其哈希值作為地址。若不包含視頻或圖片，則直接發送到服務器端進行訪問權限驗證，判斷是否需要加密——如果需要，系統將通過加密模塊將數據轉化為密文；如果不需要，則通過智能合約提交評價提案，經多重驗證后，最終寫入區塊鏈賬本。

三 融入區塊鏈的課程目標達成評價系統的實現與應用

1 系統實現

傳統課程目標達成評價采用中心化管理方式，設置多重數據標準，導致數據交換成本較高，技術對接和維護困難。本研究團隊基于系統架構及其運行機制，聯合河南省教育人工智能與個性化學習重點實驗室，利用其開發的師范專業認證工具，研發了融入區塊鏈的課程目標達成評價系統。該系統克服傳統課程目標達成評價中心化管理的不足，各教育平臺（如學校教務系統、電子評卷系統、移動教學平臺等）僅需進行數據結構的適配，可將其評價數據公開和分享，從而實現各平臺間評價數據的互聯互通，系統主要模塊界面如圖5所示。

①課程目標達成評價數據采集模塊。本模塊旨在為課程目標達成評價提供數據支持，其界面如圖5（a）所示。圖中左側為評價考核方式，根據課程目標的層次和特點，選擇和調整不同的考核方式及權重，保證評價的有效性和公正性（權重之和須為100%）。如需添加考核方式，可點擊左下方的“添加新的考核方式”按鈕。右側為考核項設置區域，用于制定具體考核項。通過左上方“導入”“導出”按鈕，也可進行數據導入導出操作，以便與各評價主體相互協作。

②課程目標達成評價模塊。本模塊既包括學生個體課程目標達成評價，也包括課程總體課程目標達成評價。其中，學生個體課程目標達成評價界面如圖5（b）所示，呈現了學生某門課程的目標達成情況，其右側表格對達成情況進行了詳細說明，并呈現了學生在各子課程目標的達成度。用戶可根據學生個體課程目標達成，了解學生在該課程中的優勢和不足。課程總體目標達成評價界面如圖5（c）所示，呈現了該課程各子課程目標的評價依據、權重、平均分以及課程目標達成評價結果，以便用戶全面了解該課程整體以及各子目標的達成情況。

③課程目標達成評價結果應用模塊。該模塊包括目標達成分析、存在問題分析、持續改進方案三大功能，其界面如圖5（d）所示。通過“達成分析”選項卡，可查看課程目標達成評價結果，全面了解課程實施的具體情況，評估課程目標的合理性和有效性。若對課程目標達成度不滿意，可通過“問題分析”選項卡，查看影響課程目標達成的可能問題（如學生的知識掌握程度、學習策略、學習動機等）。針對問題，本模塊提供相應的改進方案，幫助教師優化課程教學、指導學生查漏補缺。此外，可通過“導出”選項卡，下載每門課程的記錄文檔（如課程目標達成分析報告），以便于教師和學院保存和管理評價數據。

2 實踐效果

為了驗證系統的有效性，本研究在河南省H大學計算機與信息工程學院進行了為期兩年的系統試運行（2021年9月～2023年7月），涉及15門課程，1800余名學生，40余名教師，部分課程目標達成評價數據如表1所示。在試運行期間，教師將每門課程的目標和評價觀測點（依據課程性質和教學大綱采用德爾菲法確定）上傳至區塊鏈網絡中，通過系統得到課程目標的達成情況（滿分為100）和記錄文檔，形成不可篡改的課程目標達成度記錄。學院能夠通過系統對每門課程的目標達成情況進行監督和評估，并根據結果提出改進措施。

為了評估系統的使用情況和用戶滿意度等方面的效果，研究團隊通過問卷調查、系統日志、系統生成文檔等多種數據來源，對系統試運行情況進行分析，主要得到了以下結論：

①系統的使用情況良好。教師和學生普遍認為系統操作簡便、功能完善、界面友好，能夠有效提高課程目標達成評價的效率和準確性。融入區塊鏈技術的課程目標達成評價系統為學生、教師、教育管理者等多名用戶配置賬號，構建了評價主體多元化的評價機制，營造了人人可參與的去中心化評價環境。系統中每個節點獨立平行運行且數據記錄不可更改，實現了課程評價的去中心化管理，提高了評價的公信力和權威性。

②系統的用戶滿意度高。問卷調查結果顯示，試運行期間，教師和學生對系統的總體滿意度分別為4.2分、4.3分（滿分5分），均認為系統能夠增強課程目標達成評價的透明度、公正性和科學性。通過融入區塊鏈技術的課程目標達成評價系統，課程教學過程中的課堂表現、考試成績、實習實踐等數據能夠被實時、全面、客觀地記錄和存儲至區塊鏈中，每個新產生的數據區塊嚴格按照時間順序推進，時間的不可逆性使任何試圖入侵篡改區塊鏈內數據信息的行為均可被追溯，促進評價者做出更加負責和公正的評價。

③系統不僅能夠提供清晰和及時的評價反饋，還可實現跨平臺數據的高效整合。試運行期間，系統的15門課程中有8門課程的目標達成度超過了0.85，7門課程的目標達成度綜合值在0.7～0.85之間，表明該系統可幫助各用戶詳細了解各課程目標達成情況，并進一步發現問題，采取改進措施。此外，系統利用區塊鏈多中心化、共識機制和身份可驗證等特性，使每個節點權限對等且具有相同的賬本信息，促使教務系統、移動教學平臺、改卷系統等平臺間的數據有效互通，加強彼此之間的數據關聯度，從而促進評價數據的深度應用和全面分析。

綜上所述，融入區塊鏈的課程目標達成評價系統試運行表現良好，為師范專業認證提供了可靠的數據支撐，促進了評價數據的互聯互通，提高了評價的效率和準確性，增強了課程目標達成評價的透明度、公正性和科學性，助推課程評價數字化轉型有效落地，為現有教育賦能。

四 結語

針對課程評價數字化轉型所面臨的問題和挑戰，本研究借助區塊鏈的技術優勢，設計了融入區塊鏈的課程目標達成評價系統；然后依托Hyperledger Fabric平臺進行了原型系統搭建，并根據評價效果探討了系統的應用成效，為教育數字化轉型背景下課程評價模式從目標模糊、主體單一、關注成績走向目標明確化、主體多元化、工具智能化及方式多樣化探明了方向，提高了課程目標達成評價的精準度、可靠性和公信力。后續研究仍需加強對課程目標達成評價的分析和反饋，不斷完善融入區塊鏈的課程目標達成評價系統，深入應用知識圖譜、學習情感、數字畫像等學習分析技術，為課程目標達成評價改革提供有力支持，助力課程評價數字化轉型。

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Research on the Construction and Application of Curriculum Goal Achievement Evaluation System Integrated with Blockchain

Abstract： Promoting the digital transformation and upgrading of curriculum evaluation is an important measure to realize the modernization of education， promote the high-quality development of education and build a strong education country. However， there are some problems in the current field of curriculum goal achievement evaluation， such as centralized management， data island and insufficient security， which affect the scientificity and credibility of curriculum goal achievement evaluation and restrict the digital transformation of curriculum evaluation. Therefore， this paper proposed a new idea of transforming curriculum evaluation based on blockchain technology， designed a curriculum goal achievement evaluation system integrated with blockchain， discussed the operation mechanism of the system from three aspects of data sharing framework， curriculum goal achievement evaluation contract and privacy protection scheme， and expounded the main functions and application effects of the system. The purpose of this paper was to provide reference for eliminating data islands， improving the security of evaluation data and promoting the digital transformation of curriculum evaluation through the designed system.

Keywords： blockchain technology; curriculum goal achievement evaluation; digital transformation; results-oriented