基于区块链技术的公共体育课程管理系统设计与实现.pdf

第 47 卷第 2 期浙江师范大学学报(自然科学版)Vol.47,No.22024 年 5 月 Journal of Zhejiang Normal University(Nat.Sci.)May 2024 DOI:10.16218/j.issn.1001-5051.2024.024基于区块链技术的公共体育课程管理系统设计与实现张 明1,彭 叮1,2,蒙岳川1,王杉宁3(1.江西软件职业技术大学 公共课教学部,江西 南昌 330041;2.马来西亚城市大学 教育学院,吉隆坡 50250;3.浙江传媒学院 电视艺术学院,浙江 杭州 310018)摘 要:通过校企合作的方式,在校 KRM-A6 校务通平台运用区块链技术,设计了公共体育课程管理系统并成功应用于教育实践.通过文献资料和区块链技术研发等方法,构建了智能身份认证系统,设计了课程安排、选课、体育成绩、文件档案、教学课件与精品课程等模块.实践结果表明,该系统能够向用户提供体育课授课内容、上课时间及地点、学分研修等信息,并对学生成绩和评价教学等情况提供技术统计服务.因此,将区块链技术运用于体育课程的管理领域,不仅可以更好地服务于高校体育教学,改进体育课程管理方法,还可引导学生自觉锻炼,最终助力终身体育的实现.关键词:区块链;体育课程;管理系统;设计与实践;教育实践中图分类号:G473 文献标识码:A 文章编号:1001-5051(2024)02-0227-07Design and implementation of public physical education courses management system based on block chain technology ZHANG Ming1,PENG Ding1,2,MENG Yuechuang1,WANG Shanning3(1.Public Course Teaching Department,Jiangxi University of Software Professional Technology,Nanchang 330041,China;2.College of Educa-tion,City University Malaysia,Kuala Lumpur 50250,Malaysia;3.College of Television Arts,Communication University of Zhejiang,Hangzhou 310018,China)Abstract:Through the school-enterprise cooperation,in the KRM-A6 school affairs communication platform of campus,the blockchain technology was applied to design a public physical education course management sys-tem and was then successfully put into educational practice.Through literature review and blockchain technol-ogy research and development,an intelligent identity authentication system was constructed,which included design modules such as course arrangement,course selection,physical education grades,file archives,teach-ing courseware,and high-quality courses.Based on the practice,the proposed system was showed to be able to provide users with information such as physical education course content,class time and location,credit training,and provide technical statistical services for students grades and evaluation of teaching.The actual 收文日期:2023-09-26;修订日期:2023-12-14基金项目:江西省教育厅科学技术研究资助项目(GJJ2204613);江西省高等学校教学改革研究资助项目(JXJG-22-87-3)作者简介:张 明(1980),男,江西抚州人,副教授.研究方向:体育教学;运动健康促进.通信作者:王杉宁.E-mail:2798627616 use results showed that applying blockchain technology to the management field of physical education courses could not only better serve college physical education teaching,improve physical education course management methods,but also guide students to exercise consciously,ultimately benefit lifelong physical education.Key words:block chain technology;public physical education courses;management system;design and im-plementation;educational practice 一直以来,国家教育相关部门高度重视体育课程的管理,提出要将信息化建设纳入办学标准中1.义务教育体育与健康课程标准 明确指出:“实现体育课程管理的科学化、系统化和现代化,需要通过资源共享和综合管理,提高整体工作效率”2.长期以来,高校体育在教育技术与课程管理方面,面临较多亟待解决的问题,如协同化管理、个性化教学及大数据分析等,从而导致高校体育课程的管理效率和用户体验直接受到影响.随着高校生源量的剧增,在学生体测和体育教学等过程中产生大量工作数据亟待处理,而在以往的公共体育课教学管理过程及学生课外体育锻炼的管理工作中,往往通过手工操作来进行数据处理、分类统计、考核和评定等,因此,大大降低了课程管理效率.2018 年教育部出台教育信息化 2.0 行动规划,确定了要充分利用区块链技术搭建现代智慧教育平台.区块链技术安全性能高,具有分布式数据处理技术,因此,具备信任度高、智能合约、透明性强等优点3-4.“区块链+体育”的发展模式,可以有效提升体育教育资源利用率及教育效果.当前区块链技术在体育课程管理的应用尚处于初级探索阶段,未来以区块链为核心的新技术与学校体育教育的高度融合,是促进体育课程系统化管理的一种优化手段5.针对高校体育在公共体育、教育技术、教学过程、学生体测和体育第二课堂等方面管理效率低下的现实困惑,提出通过校企合作的方式,在校务通平台的基础上设计了一套公共体育管理系统,该系统可进行数据处理、分类统计、考核和评定等工作,实现学校体育各个环节的紧密衔接和整体管控,从根本上解决体育教学管理复杂、工作繁琐等问题.对改善传统体育管理弊端,促进体育管理改革,以及贯彻落实我国大力发展区块链产业创新发展政策等提供技术上的支持.1 体育课程管理系统设计1.1 区块链技术的应用区块链是一种去中心化的分布式账本技术,通过将交易记录分布在网络中的多个节点上,实现去中心化的管理方式,使得交易数据不再由单一的机构或个人控制,而是由整个网络共同维护和管理.区块链的数据结构是由一个个区块组成的链式结构,每个区块包含了一定数量的交易数据,以及与上一个区块的链接信息.每个区块都有一个唯一的哈希值(Hash function,又称散列函数或散列算法,亦称哈希函数),这是指一种从任何一种数据中创建小的数字“指纹”的方法,用于验证数据的完整性和不可篡改性.区块链中的每个节点都拥有完整的区块链副本,并通过共识算法来保证所有节点的数据一致性.当有新的交易数据产生时,它将会被打包成新的区块,再通过共识算法被添加到区块链的末尾,从而形成一个新的区块链.这种链式结构和哈希树的数据结构使得区块链具有高度的安全性和可靠性.本文将这一去中心化的分布式账本技术(即区块链技术),应用于体育课程管理系统的各模块功能的设计和数据交换的各个链上,从而实现“区块链+体育”的体育课程管理新模式.1.2 课程管理系统设计近年来,高校在教育领域大力推进数字化转型,引入高科技技术手段如区块链、大数据、人工智能等技术,目前已在大学教育的众多实践中得到应用6.基于区块链技术的江西软件职业技术大学 KRM-A6 校务通平台,为大学教育管理和人才培养过程提供全生命周期的解决方案,平台利用区块链、物联网、大数据、移动互联网、计算机网络、云存储、云计算、人工智能等诸多技术手段,为学校管理、教育培养提供技术上的支持和保障.系统覆盖大学的学生管理、教务管理、图书管理等,是大学校园管理实现全方位、人性化、网络化、智822浙江师范大学学报(自然科学版)第 47 卷慧化的综合性解决方案7.基于 KRM-A6 平台设计的体育课程管理系统技术框架,如图 1 所示.整体结构自下而上包括硬件层、网络层、服务层和业务应用层等模块8.首先,硬件层提供运行区块链系统环境,用本地服务器设备为上层应用提供课程资源基础性的服务.通过高速网络、5G 等技术,建立 1 个由多个节点组成的区块链网络,每个节点都能参与到课程管理的验证和记录中.选择使用现有的公有链、私有链,或者搭建 1 个联盟链,将教学过程、学生相关数据信息进行汇集9.使用服务器和高性能的存储设备技术,设计合适的数据结构来存储体育课程相关的数据,例如课程信息、学生选课记录、教师评分等.利用区块链中的区块来存储每个阶段的数据,对数据进行收集、存储、备份及分发等功能,并且包含计算资源、存储资源和网络资源,并确保数据不被篡改10.其次,在网络层,提供了安全高效的教师、学生、管理者及外部系统可访问的区块链应用,以及统一的访问和节点管理功能.通过客户端向区块链网络层提交相关事务(如数据录入等)应用程序.再次,服务层利用底层的数据区块、数据加密及时间戳等技术,提供相关数据信息资源,具有分布式应用程序安全地存储和查询数据、区块链与区块链间数据的互动、可信身份验证技术安全访问链上链下的数据等能力.区块链技术具有去中心化、防篡改等安全可靠的特点,为课程资源共享提供了一种新的有效方式.通过区块链技术,可以实现课程资源版权的有效保护和细粒度的课程资源共享,实现安全共享数据,不同参与者可以通过合适的权限控制机制限制对数据的访问权限,既保护了个人隐私,又实现了必要的信息共享11.最后,业务应用层处于系统的最上层,通过编写智能合约来定义体育课程管理系统中的规则和操作.智能合约包括学生选课、教师评分、成绩查询等功能,并根据设定的规则自动执行12.通过身份认证系统、选课评教、体育成绩管理、精品课程等模块功能,实现学业数据、体育课程数据、学习数据的采集与录入,最终实现数据查询和监测.图 1 体育课程管理系统框架2 体育课程管理系统功能2.1 身份认证区块链在万物互联的数字化社会进程中起着较为重要的角色作用,区块链技术可以实现去中心化的身份验证,每个参与者都有一个唯一的身份标识,通过加密算法和数字签名进行验证,这样可以防止冒充身份或伪造数据的风险,从而确保数据的安全性和可信度.利用区块链技术存储教师和学生的身份信息,通过链上记录身份信息具有可追溯、无法篡改,且全过程留痕迹,整个操作过程都会记录在区块链上等特点,因此,区块链能够满足身份认证系统的需求13.本系统包含教师校务通和学生校园通 App版 2 个版本的认证系统,如图2 和图3 所示.用户在界面上输入用户名和登录密钥,登录后会有日志记录,并生成用户口令(token),口令具备时效性,根据用户的一些个人信息数据加密生成.口922 第 2 期 张 明,等:基于区块链技术的公共体育课程管理系统设计与实现令生效期间的用户不用二次登录,访问功能时自动填充口令用于校验身份.一旦发现口令过期或口令验证错误(例如被他人盗用),则需要重新登录系统14.应用区块链技术创建智能身份认证系统,为每一位教师和学生创建区块链身份,在专属的个人档案中,囊括了学生选课、评教、师生交流等信息,该模块主要面向教师和学生提供课程选择与统计服务,可规避档案认定标准的不统一、效率低等问题.图 2 校务通教师身份认证页面图 3 校园通学生身份认证页面2.2 选课评教2.2.1 课程设置我校公共体育课程即公共体育选项课,包括基础性体育课程、发展性体育课程和高层次体育课程(体育专项课和学校运动队等).基础性体育课程教学内容设置简化精练易于掌握,课程目标是使学生掌握并能运用基本的锻炼方法,从而促进他们的身心健康.发展性体育课程依据体育教师的具体情况及学生的喜好和优势,为各种项目提供选修课,课程的目标定位在培养专项运动兴趣与能力,提高学生专项运动技能及专项运动的欣赏能力.高层次体育课程的目标是培养高水平运动队和高水平学生的运动技能和一定的竞技能力,并提高学生自学和自修的能力,加深对体育运动的理解,自然形成体育锻炼及较好的卫生习惯,为终身参与体育锻炼奠定基础15.体育课程设置分 3 个层次以实现基础性、发展性和高水平的连贯性和互动性,在课程结构上进行优化,同时展示课程的科学性、系统性、完整性,兼并学生对课程的统一性和选择性,充分体现出教育实效16.根据我校实际情况,为满足学生学习体育项目的多样性,开设了多种形式的课程.我校开设的公共体育选项课,在读期间学生需进行 4 次选课,分别为大一大二年级的上下 2个学期,而大三、大四高年级则采取参加体育社团的形式学习课程.同时,每位学生还可选择 4个不同的体育项目进行研修.学校在项目设置上开设有三大球、三小球、武术、跆拳道、飞盘、舞龙舞狮和各类体育舞蹈等诸多体育项目,丰富学生选择.新学期初,公共课教学部体育教研室根据教师专项情况制定课表,在各上课时间段对选课班级及任课教师进行合理分配,班级人数控制在4555 人为基准进行设置.结合我校特色,在经管类、艺术类等女生人数较多的专业,在其上课时间段适当增加体育舞蹈、排球等项目并增加选课人数.同一时间段尽量多开设不同的体育项目,充分体现体育选项课的多样化,满足学生对体育选课个性化需求,保证大部分学生能选择到满意的专项.2.2.2 选课功能体育课程选课模块可以利用智能合约来定义课程选课规则,并通过编程实现自动执行17.在合约中定义学生选课的规则,当学生满足选课条件时,智能合约会自动将学生加入相应的课程列表中.选课系统分 3 个模块,即学生、教师、管032浙江师范大学学报(自然科学版)第 47 卷理模块,学生和教师作为实际应用主体,为其服务的大多数工作都在管理模块上18.管理模块作为关键部分,主要是管理维护选课的前期准备及成绩统计等,包括修改调整学生人数、教师开设的课程信息、选课结束后的报表统计和生成及打印工作.网上选课系统的使用方法:1)登录体育课程管理平台,输入账号和密码,首次登录需修改密码.2)点击“培养计划”“选课管理”“学生选课中心”“必修选课”,选定课程及项目,学生自选教师和课程.3)课表显示如图 4 所示.图 4 体育课程选课模块2.2.3 评教功能教学质量评价是学校教学质量监控及保障的重要环节,是教学质量评估、教改和管理的重要手段,在提高教学有效性、保障教学质量、促进教师发展等方面发挥着重要作用.评教系统使用后,重点围绕提高教学业务水平和课程质量建设,最终提高教学质量19.评教系统具有学生评教、督导评价、学院领导评价、相关查询统计等模块.通过集成主数据库平台,从教务处系统获取课程信息,通过集成统一身份认证,实现了统一身份认证单点登录,控制受限访问内容.该系统为学生提供包含公共体育课等各类课程评教等服务.学生在线参与体育课评教,教师可以查询评价结果和相关数据,学院管理者可发起评教任务、跟踪评教流程和查询并统计本学院相关的评教结果和数据等.具体教学评价管理模块如图 5 所示.2.3 成绩管理体育成绩评定在注重学生学期末考核测试的基础上,强调学生的日常锻炼和积累.在评价的细节上不仅关注对学生运动技能的掌握情况,更应注重对其学习态度、进度及合作能力的评价,使评价结果与课程目标相一致20,充分反映学生体育运动锻炼的实质.体育期末总成绩是考试成绩与平时成绩的总和.考试成绩由 2 项素质考试和 2 项技能考试构成,占总成绩的 60%.平时成绩包括课堂表现、课后体育打卡和上课考勤等,占总成绩的 40%.在成绩录入上,任课教师在教师页面对学生的体育成绩进行点击打分,所有学生体育成绩数据直接进入该选课系统后台数据库.完成成绩录入统计后,点击管理页面上的相关菜单按钮,即可进行成绩打印、数据统计、学生成绩异常等操作,实现体育成绩的综合管理.2.4 教学课件体育精品课程教学课件模块建设利用区块链技术加密教学课件、精品课程,通过加密算法的非对称加密实现学院之间数据的共享,且存储在区块链上的交易公开信息,只有经过数据所有者的授权,才能访问数据,确保数据的安全和个人隐私21.利用网络教学的有利资源,建立教学资源库,为师生交流互动提供平台,并不受时空限制进行学习交流,及时解决疑难问题.132 第 2 期 张 明,等:基于区块链技术的公共体育课程管理系统设计与实现图 5 教学评价管理模块2.5 课外体育课外体育模块中包含校高水平训练队、校级体育活动和赛事、校外体育竞赛和体育社团.通过校学工团委组建的各体育项目俱乐部,在一定程度上弥补了因学生人数增加而出现的课程资源短缺,突破了体育课程的局限性.校队运动员从全校学生范围内选拔,采用主动报名、校级比赛、社团活动等多重形式筛选出具有较好身体素质和技术技能的学生,并接受专项训练.在教学过程中因材施教,强调学生个体差异,重视情感体验.通过训练充分发挥学生的体育才能,提高学生的体育心理素质和竞技水平.通过训练参加校运会、校际友谊赛、省市乃至全国运动类竞赛,充分展示大学生风采.3 成效与发展体育课程系统化管理是相对复杂繁琐的过程,需要在顶层协助下,联合教务处、研发中心、各学院和公共课教学部等各部门加强协作,从而不断完善系统的功能架构,逐步建立全面的管理体系22-23.我校基于区块链技术的校务通平台搭建的体育课程管理系统,经过 3 年时间的全面测试与使用后,充分验证了平台的功能完善性与数据稳定性.在身份认证方面,可确保学生个人信息的真实和安全可靠,教师可查阅本班学生生理心理等指标及个人基本信息,方便教师在体育课堂上因材施教,防止运动损伤等事故的发生.在选课评教方面,以政府政策文件为导向,以提高大学生身体素质和专业项目能力为目标,以过程与结果相统一的成绩评价方式方法为依据,基于区块链技术将大学体育课程设计一体化.选课时可通过智能合约技术规范学生选课流程,避免多选、漏选、重复选等现象.期末成绩和体质测试成绩等数据以去中心化方式存储更加安全可信,教师的课程教案、线上课程等版权资源也更易追溯维护.体育课程管理系统给管理部门和广大师生带来了极大的便利,进一步提升了体育课程的教学质量与管理水平,强化了数据安全保障体系的建设,在协同化管理、多用户参与、个性化教学和大数据智能分析等方面均有显著改善.但仍需注意的是,在体育课程系统的开发与应用中,有些工作还需要进一步加强与发展,主要表现在以下几个方面:1)公教部与教务处的学生信息管理尚不完善,导致学生信息无法共享,影响了学生的选课进度和选修项目,数据利用率有待提高;2)教务处学生辍学、留级等信息与各二级学院沟通存在滞后,数据一致性有待提升;3)公教部网站在校园网站的点击率和浏览量不高,选232浙江师范大学学报(自然科学版)第 47 卷课信息的传播未全面覆盖,数据采集、传输、输出等环节有待强化;4)平台开发的数据挖掘和分析技术可根据用户的学习偏好和课程学习记录,完成个性化资源智能推送,但因为目前平台的网络教学资料库尚处于建设中,网络教学实践资源类别不丰富、质量不理想,学生通过校园网获取的教学资源不足,有针对性的个性化教育资源的推送和服务有待完善;5)实现体育课程信息化改革,要求体育教师掌握信息化等方面相关技术,及时培养体育教师业务与信息技术相融合的能力,是课程信息化改革创新的关键所在,也是实现体育课程信息化的必然要求.4 结 语在校务通平台上搭建的体育课程管理系统,集体育选课管理、成绩管理、文件管理、课件发布、教学评价、系统维护、师生交流等内容为一体,对体育课程进行科学化管理并极大提高了工作效率.在我校校务通平台上,基于区块链的公共体育课程管理系统设计综合考虑了区块链网络的搭建、数据结构的设计、智能合约的编写、身份验证的实现、共识机制的选择及用户界面的设计等多个方面.区块链技术在公共体育课程管理系统中可以提供去中心化的数据存储、不可篡改的数据记录、透明的课程管理、智能合约的执行、去中心化的身份验证以及数据共享和权限控制等功能,为体育课程管理提供了新的思路与视角,未来在体育教学方面具有广阔的运用前景.区块链技术运用于体育课程管理领域,可以更好地服务于高校体育教学,改进体育课程管理方法,提升体育教学质量,引导学生自觉锻炼,助力终身体育的实现.虽然区块链技术具备明显的技术优势,但同时也面临一些现实困惑,如区块链技术人才的缺乏、多平台的资源兼容与协同化管理等,这些均是未来研究的重要内容.参考文献:1习近平.把区块链作为核心技术自主创新重要突破口加快推动区块链技术和产业创新发展N.人民日报,2019-10-26(1).2中华人民共和国教育部.义务教育体育与健康课程标准(2022 年版)M.北京:北京师范大学出版社,2022.3中华人民共和国教育部.教育信息化 2.0 行动计划EB/OL.(2018-04-25)2023-06-15.http:/ OBE 理念的“区块链+教育”系统框架分析与设计J.软件导刊,2020,19(9):140-145.10宋昱.基于区块链的体育大数据集成与传播创新研究J.成都体育学院学报,2018,44(6):61-67.11于春燕,陈桂林,祁辉,等.基于联盟链的高校课程资源共享模式研究J.滁州学院学报,2021,23(5):109-112.12范吉立,李晓华,聂铁铮,等.区块链系统中智能合约技术综述J.计算机科学,2019,46(11):1-10.13周瑞瑞,王春圆,李华芳.身份认证专利技术综述J.河南科技,2020(3):147-152.14常泽天.基于区块链的身份认证系统的设计与实现D.南京:东南大学,2019.15王斐.智能体育课程管理系统开发及应用J.微型电脑应用,2021,37(7):195-198.16李瑞芳.物联网技术下的体育课程管理系统开发J.材料保护,2021,54(3):204-205.17冯曦.区块链技术在高校教育领域中的应用研究J.课程教育研究,2017(20):10-11.18陈杰.基于区块链的慕课联盟认证平台研究与设计D.武汉:华中科技大学,2019.19逄浩泽.公共卫生安全事件发生背景下山西省高校公共体育课程教学现状调查及应对策略研究D.太原:中北大学,2022.20高文强.当前高校公共体育课教学质量监控系统存在的问题与对策J.当代体育科技,2017(7):106-108.21张雨晴,王淑梅.物联网与区块链结合在会计中的应用及发展趋势J.山西农经,2020(13):163-165.22李力.基于区块链技术的物联网可信组网应用研究J.无线互联科技,2023,20(9):166-168.23倪晟.基于 Web 的实验室设备综合管理系统的设计与实现J.浙江师范大学学报(自然科学版),2011,34(2):171-174.(责任编辑 徐玲玲)332 第 2 期 张 明,等:基于区块链技术的公共体育课程管理系统设计与实现