区块链+AI助力高校学生评价体系研究.docx

“区块链+AI”助力高校学生评价体系研究 摘要：目前学生评价工作透明度不高、公正性不强，根源在于未充分利用互联网思维、技术和模式提升评价质量文章以区块链技术实现的数据安全共享、AI实现的智能处理为切入点，对学生评价体系进行融合度分析，从应用、技术两方面进行可行性分析，初探设计基于联盟链的学生评价系统，通过Ethereum开发DAPP应用，开拓性整合数据资源，系统性说明EB共识算法，智能合约升级，自毁、隐私数据处理等问题系统的构造解决了学生数据难共享、易篡改，学生评价不透明、效率低的问题，呈现了“以学生为中心”的教育生态，实现了家庭、高校、用人单位间的无缝衔接，进一步助力学生评价向精确化、信息化、智能化转变关键词：区块链，学生评价，人工智能，Ethereum，智能合约基金项目：本文受国家自然科学基金（编号：61702109）、2020年广东大学生科技创新培育专项资金（“攀登计划”专项资金）（编号：pdjh2020b1034）资助一、引言高校作为培养高素质人才的摇篮，学生的关注点较多，近年来，“三通两平台”、智慧校园等信息化建设成果，对提升教学质量起着重要的引领作用，但计算机技术对学生评价体系的渗透度不高。

经过文献的查阅和各职能部门的调研，发现存在以下四方面问题：①学生评价体系的构建意识薄弱，学生评比过程中传统的纸质记录采用人工方式来评定、公示、记入档案，过多的主观评判无法保证客观公正地给出结果[1]②构建学生评价体系是一个庞大的工程，学院学生众多，体量较大，需要教务处、财务处、学生处等多个部门协作沟通，而各部门独立运作，信息的共享成为瓶颈，过多的人力浪费在信息交叉录入③网络攻击手段不断更新，但运维人员的能力和安全意识仍停留在原水平，中心化存储的数据易被篡改，共享性差，削弱了系统的公信力④学生管理系统数据不对外公开，缺乏有效的技术手段来解决数据对外开放的安全性和有效性总之，由于数据共享不健全，信息化建设投入不够等原因，现有系统存在效率不高、覆盖面不广、更新不及时等问题，不利于大数据驱动下教育工作多元整合的实现本研究从学生评价的视角，梳理现有工作的不足之处，利用区块链保存数据，实现可信的数据共享，利用AI的安全计算平台产生更智能的安全空间，以区块链和AI为抓手，设计一种网络架构，实现学生管办评分离，构建信任的协同创新模式[2][3]结合区块链、AI的技术优势，实现区块链让AI更加自主性、AI让区块链更加智能化。

文章主要完成三方面任务：①学生评价体系准确记录学生在校表现情况，提供可溯源的、可靠的数据记录②学生评价体系作为家庭、高校、单位的媒介，家庭可以准确把握孩子在校表现，单位可以精准招聘所需人才[4]③建立一个智能安全的体系，对高校学生多维数据进行整合、清洗，形成统一的数据视图；[5]使用AI技术优化精准评价，有效解决学生数据管理的低效化、碎片化等难题[1]二、“区块链+AI”与学生评价体系的融合度分析1.区块链的去中心化助力解决信息共享问题区块链是去中心化的，利用点到点的通信技术实现节点与节点间的对等连接系统中将各个职能部门的数据信息集成到区块链中，数据共享后的权限问题通过数据加密哈希算法来解决2.区决链的不可篡改性助力解决信任风险根据中本聪提出的泊松分布概率论模型，攻击者篡改记录的概率随着区块数的增多而逐步减小，当某区块后面连接6个区块后，其处于无法被篡改的状态[6]系统中基于区块链的不可篡改性实现数据的安全、可靠、真实、完整3.区块链时间戳技术助力实现可追溯性区块链以时间戳为指针形成一个链，实现数据有效追踪和溯源系统中按记录的时间先后性保存学生数据，若学生对某一项数据有疑问，可回溯记录，从而实现数据的取证操作。

[7]4.区块链的自治性助力塑造学生管理生态环境区块链记录了经过全网共识产生的记录，节点自主监听其它节点的行为并形成共识，整个过程自主实现，没有任何人有优先权系统中各部门主动录入数据，实现了教务处、学生处于链上的可信操作，进一步提升了数据的透明度和记录的认可度5.AI助力实现智慧化的学生评价体系区块链中的智能合约按预先编写的程序自动触发执行，对突发状况没有处理能力，因此系统中增加AI技术，通过机器学习模拟人的思维，应用现有数据不断改进战略；对威胁快速识别，并为系统部署更准确的决策支持；对学生成绩分析，精准推送相关知识；对学生日常行为记录分析，实施数据追责溯源和风险预警；[8]实现数据流驱动下的清晰权责，生成学生评价报告，进一步发挥智慧化数据的科学性[9]三、学生评价体系可行性分析1.相关成果索尼全球教育开发的基于区块链的教育产品，实现清晰记录学习轨迹，由第三方评判学生最需要学的内容；[10]伍尔夫大学利用区块链的智能合约技术为学生提供学习支持服务，从而减少管理人员；[11]文献[12]提出了一个基于区块链的MeDShare系统，实现有效保存医疗数据并分享到云存储库中；文献[8]通过结合AI和区块链的力量构建一个通用网络架构来支持动态更新和提升数据安全性。

2.应用可行性分析区块链的分布式账本完整记录不同部门的学生数据，学生评比中做到有据可依；入学注册时，贫困学生上传当地民政部门出具的证明，为日后助学金的发放提供参考；教育培训、文体表现信息记录在链，可实时溯源，有效避免成果造假；在保护隐私的前提下实现学生多维度档案公开透明，如获得奖励全网公开，学生你追我赶，形成一种积极向上的良好氛围；校园贷迫使青春期少年误入歧途，破坏了很多家庭，通过绑定学生账号流水，出现异常及时警告；任课教师普遍认为学生的平时成绩较难把握，将学生的每节课的平时学习记录作为一个区块，数据来源于课题讨论或者测试，这些全过程记录可信度极高，可作为期末考试的评分依据[13]3.技术可行性分析区块链的去中心化，实现了个别坏节点无法影响链上数据的安全；区块链的时间戳实现了链上数据的可追溯；区块链的分布式存储，提升了并发处理的效率；区块链的共识机制，提升了信息透明度；区块链的加密算法，保证了链上数据无法被篡改[14][15]四、学生评价体系设计在学生处统筹引导下，经众多部门参与，对学生开展多维度数据分析，使学生评优评先、助学金申请、勤工俭学、学生舆情风险评估更加智能化笔者在学习众多方案基础上，重点对文献[1]进行研究，借鉴其思想，设计出一种学生评价方案。

1.学生评价系统流程设计搭建以联盟链方式实现的半开放式系统，前端界面包括教师登录界面、学生登录界面、用人单位和家长登录界面主要功能如下：①教师登录后进入后台录入信息，数据库保存链下完整学生信息，包括教务处负责的教学事务（课堂点名、课堂讨论、作业批改、成绩录入等）、学生处负责的综合事务（公益活动、文体活动、校外拓展学习等）、财务处负责的财务事务（一卡通消费信息、银行流水等）区块链保存链上摘要信息，使用哈希函数计算电子数据的“数字指纹”，既保证了数字校验，又压缩了数据长度[16]②基于AI智能分析生成的学生评价报告，为学生的未来发展指明方向，学生可于前端查看自己的全部数据信息，也可将审核通过的信息录入后台系统（资格证书、校外实践、获奖证书等），通过激励机制鼓励学生积极录入个人奖励等信息，其中心思想是“良好表现即赚钱”③用人单位和家长分别由展示页面查看基于AI生成的学生评价表和学生综合表现，查询操作只需过滤权限，无需建块记录[13]④监管机构负责发布合约、审核访问权限、处理诉讼请求等，为全网协同提供可操作性[17]具体流程如图1所示图1　“区块链+AI”系统流程示意图2.“区块链+AI”技术架构数据是高校人才培养质量评估的重要依据，依托区块链技术设计全新的基础设施，实现分布式存储日常表现行为，打破传统的学校垄断的局面，重塑全面开放、协同创建的学生评价生态。

1）关键技术智能合约经程序编码转为字节码输入以太坊专用虚拟机EVM（Ethereum specific Virtual Machine），处理区块链和共识机制的事务，并基于RPC无需了解底层网络协议，利用网络与远程计算机交互实现网络层的交互[9]利用共识机制使交易短时间内迅速验证并确认，实现一致性和有效性，传统的共识方法有PoW、PoS、DPoS、PBFT等，也可根据自身需要来定义新的共识机制，还可利用若干个共识机制结合起来产生区块的共识，[18]系统中采用EB（Encrypt，Byzantine Fault Tolerance）共识机制，即对称加密方法来加密随机值，拜占庭容错机制实现快速共识，避免分叉的发生，[19]通过EB共识使用结构体类型封装于主链，链上验证，链下授权，原则是需要分布式协作的数据上链、敏感数据脱敏或者加密后上链，通过编码转成字节码，利用levelDB存储信息2）主要功能系统以固定应用接口API（Application Proguamming Interface）的形式向外提供服务，利用OSS使基于AI的安全计算自动完成智能评价，实现考核的良性循环，进行不同维度信息关联分析，建立学生综合画像，进行综合预警，实现学校统筹规划学生管理，利用模型化持续拓展整合数据资源，使业务处理与区块链平台相互独立，构建学生的多维度档案，充分发挥“数据取之于学生，用之于学生”的教育理念。

[20]技术架构如图2所示图2　“区块链+AI”技术架构图五、应用开发过程1.运行环境基于Ethereum开发构建DAPP应用首先构建一条链进行数据读写请求，然后用Solidity编写DAPP，进行合约的编译和部署前端界面用html/css/javascript设计，为用户呈现可视化Web界面，实现通过浏览器进行信息录入和查询；智能合约的编程语言是Solidity，后端界面Web3j用JSON_RPC形式调用智能合约，用Solc工具编译后部署到网络[16]2.智能合约智能合约是一种按照预先定义好的规则自动执行的数字化合约，智能合约由函数和数据组成，使用Solidity将复杂的逻辑编程为函数，[21]工作原理与编程语句中的if-then类似，[22]由交易触发执行，运行环境为EVM，如图3所示图3　智能合约执行过程（1）智能合约升级系统中为避免合约升级而出现数据迁移隐患，采用经典的三层结构独立的合约存储层数据合约：在合约中保存数据，并提供对数据的操作接口，代码如下管理合约：设置控制权限，保证只有控制合约才可修改数据合约，代码如下控制合约：真正需要对数据进行操作的合约，代码如下2）智能合约自毁3.隐私数据处理系统中的个人隐私数据转化为不可识别的数据，链上代码实现权限分配，使用SHA256加密算法，将用户按照权限控制分为实权限、特殊权限、虚权限，[7]持有密钥的访问者才能解密和访问数据，学生能够查询在校期间的完整评价并且可以录入课外拓展培训等部分信息，如图4所示。

图4　“区块链+AI”数据权限分层设计面向接口编程，而不依赖具体的实现细节，如利用接口功能定义一个判断权限的抽象接口采用Ownership模式管控权限，保证某些函数只有合约的拥有者才可调用，定义Owned合约的代码如下4.系统性能比较基于B/S系统架构，在Windows下安装虚拟机Vmware，硬盘为30GB，内存为2GB，操作系统为Ubuntu，使用IE浏览器进行仿真实验，部分效果如图5、图6所示图5　学生评价系统登录界面图6　用人单位查询结果在不使传统教务系统复杂化的基础上，引入区块链和AI技术，实现了在保证数据安全的前提下有针对性地对学生数据进行有效共享、智能评价，借助AI解决了传统区块链运行中节点过多而工作重复，造成的电力消耗大、运行效率低的问题，鉴于很少高校有专门评价系统，笔者对教务系统性能进行了对比分析，如表1所示。