0 引 言
区块链是将分布式数据库、 P2P 网络、密码学、共识机制等计算机相关技术集成在一起的新型应用技术。区块链实际上是一个共享账本，具有去中心化、可溯源、不能篡改、公开透明等特点 [1]。
随着区块链技术的迅速发展和各行业的广泛应用，目前区块链技术和应用的人才需求不断增长。2019 年 10 月 24 日中央政治局第十八次集体学习时，习近平总书记指出，要加快推动区块链技术和产业创新发展，积极推动区块链和经济社会融合发展；要强化基础研究，提升原始创新能力；要推动协同攻关，加快推进核心技术突破；要加强人才队伍建设，建立完善人才培养体系 [2]。
目前，各个行业对区块链人才的需求日益增长，区块链行业的工种类别也在不断增多。产品类人才、技术类人才、运营类人才都非常紧缺，甚至培训、师资人才也有了非常大的需求，说明行业逐渐向更深层次发展 [3]。因此，高等院校越来越重视区块链人才的培养，不断加大投入，已有很多高校开设了区块链专业，也同时开设了相关的通识类课程，供非计算机类学生学习。
1 区块链技术概述
2008 年 11 月，中本聪发表论文《Bitcoin：APeer-to-Peer Electronic Cash System》 [4]，首次提出比特币，并于 2009 年 1 月开发出了比特币系统。
自比特币问世以来，比特币的底层技术——区块链技术也在不断发展。区块链利用数字签名机制、包含前一个区块哈希值的区块链结构以及共识机制，实现交易数据的不可否认性、完整性和安全性。区块链具有如下特征 [5]。
（1）去中心化。区块链技术不依靠第三方信任机构，无需中心管制。
（2）开放性。区块链中的数据是公开透明的，任何人都能够查询到交易数据和相关信息。
（3）独立性。通过协商达成一定的共识和一致的交易及运行规范。
（4）安全性。只有到达全网数据节点的 51%算力，才能控制和修改系统数据。
（5）匿名性。在没有法律规范的限制和要求下，不必要公开和验证节点用户的真实身份信息。区块链技术可以应用到各个领域，如金融、物流供应链、医药健康和公益领域等。
区块链应用于国际支付、证券交易、股权融资等金融领域，无需第三方中介，实现点对点交易对接，既能够降低成本，又能更快速便捷地完成支付交易 [6]。
区块链技术与物联网技术相结合，能够提高物流的便利性和智能化，实现运输物品的溯源，提升供应链管理效率 [7]。
区块链的去中心化、能溯源和不可篡改性等特点，为其在政务管理、医疗健康和公益等领域提供了新的机遇，也为我国现代化管理能力的提升提供了强大的技术支撑 [8]。
2 区块链通识课程教学目标与教学内容
2.1 教学目标
以区块链原理与应用基础课程为例，该课程目标是培养学生的自主创新意识和能力，使之成为区块链技术和产业的储备力量。通过学习本课程，使学生了解区块链的基本原理和应用，并动手实践区块链的开发。课程的教学目标包括知识目标、能力目标和素质目标。
（1）知识目标。理解区块链技术的基本原理，理解应用到区块链的关键技术，如 P2P 网络、密码学、共识算法等；掌握比特币、以太坊等区块链系统的工作原理和特点；了解区块链的应用场景和应用案例。
（2）能力目标。通过密码学实验，具备利用Python语言进行密码学编程的能力；通 过Simchain 区块链开发实验，具备利用 Python 语言搭建区块链系统的动手能力。
（3）素质目标。培养学生的计算思维、共识性思维、分布式思维、创新思维等多种科学思维素养；通过综述报告，培养学生的科研素养；通过课程讨论和思政讨论，提升学生的思想素质和家国情怀。
2.2 教学内容
教学内容注重理论联系实际，包括区块链的基本原理：区块结构、区块链架构、区块链的诞生和发展、区块链的特点等；区块链中应用到的关键技术：P2P 网络、密码学、共识机制、智能合约等；区块链应用场景与案例：数字货币、医药健康、教育就业和供应链金融等；编程实践：创建节点、创建和验证交易、挖矿和创建区块、编写智能合约等，如图 1 所示。
3 区块链通识课程教学设计
3.1 基于 BOPPPS 的线上线下混合式教学模式
课程采用MOOC[9]+SPOC[10]+智慧教学工具的线上线下混合式教学方式。课堂教学流程基于BOPPPS进行设计，BOPPPS模式以教学目标为导向、以学生为中心，包括6个阶段：导言（Bridge-in）、学习目标（Objective/Outcome）、前测（Pre-assessment）、参与式学习（Participatory Learning）、 后测（Post-assessment）和总结（Summary） [11]。线上线下混合式教学流程如图 2 所示。
首先利用问题导入、案例导入等方式，吸引学生注意力，激发学生兴趣；然后从学生角度出发，明确本堂课的学习目标，包括知识、技能和素质提升等方面；在开始课程内容之前，对线上预习进行效果测试，使得教与学有的放矢；接下来，课堂讲授过程中，教师讲解重点、难点，通过发弹幕、投稿发言和随机点名等雨课堂互动，以及分组讨论、学生主题报告等多种形式，让学生参与到整个教学过程中，由被动学习转变为主动学习；然后，通过习题、测验等环节对学习效果进行测试；最后，教师或学生对本堂课知识点进行简要总结，可在线上 SPOC 布置课后作业或讨论题对所学知识进行深入理解和拓展，并布置复习测试，巩固所学知识，复习测试和预习测试相呼应，形成知识点闭环学习的完整流程。
3.2 多层次递进式的教学路径
由于本课程是面向全校各个专业本科生的通识课程， 学生的计算机与编程水平参差不齐，因此从教学内容及教学路径上采取多层次递进式的教学设计，由易到难、由简至繁，逐层递进，并从多维度提供大量难度不同的课程资料供学生参考。这样，学生从了解、理解到掌握所学的区块链理论知识，进而能够动手编程，完成区块链架构的搭建；并通过学习和参阅文献、撰写报告，对区块链的原理、技术或应用等方向深入理解。通过多层次递进式的教学路径，学生能够达到课程设定的知识目标、能力目标和素质目标。
多层次递进式的教学路径为：基本原理→关键技术→编程实践→综述报告。每一个阶段的教学任务均难易结合，适用于不同专业不同基础的学生，整体形成多维度立体化的实施路径，如图3 所示。
先从基本原理进行介绍，让学生对区块链的基本工作原理、特点、架构和应用场景等有所认识和了解；再介绍理论性更强的关键技术，通过深入浅出的讲解，使学生理解计算机与网络相关技术的基本原理和应用；接下来，通过编程实践，学生对区块链及关键技术进行更深入的理解，理论结合实际，自己动手编写区块链进行训练；在理论学习和实践训练之后，学生继续进行综合能力训练，撰写课程论文，对所学知识进行深化、凝练和拓展。
4 教学组织与实施
我校自 2020 年春季学期起开设区块链原理与应用基础课程，该课程采用线上线下混合式教学模式，线上资源使用学堂在线的 MOOC 课程“区块链和加密数字货币”，并将其引入到我校学堂云 SPOC 平台，线下课程使用智慧教学工具雨课堂，并对每堂课基于 BOPPPS 进行教学设计。
在教学组织与实施过程中采用多层次递进式的教学路径，无论从教学任务，还是教学资源，均实现了多层次递进式的立体化教学模式，使得一门面向全校的通识课程能够满足不同专业、不同基础学生的学习需求，达到培养区块链应用型人才的教学目标。
4.1 教学任务
教学路径中各阶段的教学任务逐层递进，由浅入深。
（1）在基本原理阶段，从小故事引入区块链的由来和基本工作方式；然后以比特币为例介绍区块链的区块结构、特点和相关技术，以及区块链系统架构等，并以案例的形式说明区块链的应用场景。
（2）在关键技术阶段，首先介绍各关键技术的基本原理，这部分内容稍难，着重介绍技术原理和算法流程，对于算法的具体代码实现不作要求（可作为拓展内容供基础强的学生学习参考）；然后给出关键技术的应用实例，进而介绍如何将这些关键技术运用到区块链之中。
（3）在编程实践阶段，首先简要介绍 Python语言的编程环境、编程方法和第三方库使用方法等；然后对关键技术，特别是密码学进行简单的实例讲解和实践；接着以区块链模拟器 Simchain为 环 境， 利 用 Python 语 言 对区块链系统的组建和工作流程进行编程实践，包括区块、节点、交易、共识等。
（4）在综述报告阶段，学生通过复习和查阅文献，对所学知识融会贯通，就区块链应用进行综述介绍，或对用到的某项技术如密码学、共识机制、P2P 网络和智能合约等进行理论综述；基础好的学生可以对某算法进行综述甚至改进，实现技术创新。
4.2 教学资源
在各阶段的教学过程中，提供难度不一的补充教学资源供学生参考和自学使用，学生可以根据自己的计算机、网络和编程基础进行选择。
对于零基础的学生，可以先用动画故事引入某知识点，如新浪科技与火币集团联合制作的《区块链 100 问》，每集用 1min 的时间以动画的方式深入浅出地讲解一个区块链小知识。
学生对知识点有了一定了解之后，再提供一些科普文章和视频供其参考，如 MSDN 上面的学习交流博客、火币研究院出品的网易公开课“2 100 个为什么”等。
学生有了一定的基础之后，除了课堂讲解之外，再提供线上学习资源——学堂在线罗玫老师的课程“区块链和加密数字货币”，进行线上线下混合式教学。
对于基础好、有拔高需求的学生，鼓励其自行检索学术文献，进行深入学习和研究。
4.3 教学效果
经过多轮教学实践，该课程受到学生的好评和认可，教学系统上的学生评教平均分为 97.2。通过问卷对学生的课程满意度进行调查，问卷题目为：课程是否达到预期，你是否满意。问卷结果如图 4 所示， 48.28% 的学生表示满意，34.48% 的学生表示很满意， 17.24% 的学生认为一般，不满意和很不满意的均为 0。
另外，不同专业不同基础的学生从知识获取、编程实践、学术研究等方面均有所收获，并分别表达了自己的学习心得和感受：学到了很多新知识，打开了新世界的大门，希望在日后继续探索这个神奇的领域；对区块链技术的应用场景和技术底层有了初步了解，基本建立了一个框架，有助于今后的学习；收获很大，可以读懂本领域内前沿应用的研究文献了，还写了区块链应用于企业债券的论文，打算投稿金融类期刊……
5 结 语
多层次递进式的教学设计方案适用于面向非计算机类各个专业的区块链通识课程。课程采用线上线下混合式教学模式，课堂基于 BOPPPS 进行设计，实现以目标为导向、以学生为中心的课堂教学。整体课程的实施过程采用多层次递进式的教学路径，从教学任务和教学资源等各方面都采用分层递进方式，能满足不同层次学生的学习需求。通过学习该课程，学生表示，对这种教学模式和实施路径非常满意，并感觉收获满满，希望继续深入探索和研究区块链。
课程后续建设可以考虑开设基础班和提高班，对于不同基础的学生开展更有针对性的教学，如提高班可以更深入地讲解技术原理和算法实现。另外，加强产学合作，与区块链科技公司共同建设课程，尤其着重建设实训平台，为学生提供基于真场景、真案例的实验环境。
参考文献：
[1] 李晋江, 张天霖, 范辉. 基于区块链技术的计算机类课程知识体系构建[J]. 计算机教育, 2020(2): 63-67.
[2] 中国政府网. 习近平主持中央政治局第十八次集体学习并讲话[EB/OL]. (2019-10-25)[2020-10-25]. http://www.gov.cn/xinwen/2019-10/25/content_5444957.htm.
[3] 中国大数据产业观察. 2020年中国区块链人才发展研究报告[EB/OL]. (2020-03-25)[2020-04-23]. http://www.cbdio.com/BigData/2020-03/23/content_6155225.htm.
[4] Bitcoin. Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system[EB/OL]. [2021-09-10]. https://bitcoin.org/bitcoin.pdf.
[5] 姚忠将, 葛敬国. 关于区块链原理及应用的综述[J]. 科研信息化技术与应用, 2017, 8(2): 3-17.
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[8] 邹漩, 陆红娟. 新时代下我国区块链技术发展研究综述[J]. 江苏科技信息, 2021, 38(3): 1-4.
[9] Gasevic D, Kovanovic V, Joksimovic S, et al. Where is research on massive open online courses headed? A data analys is of the
MOOC research initiative[J]. International Review of Research in Open&Distance Learning, 2014, 15(5): 134-176.
[10] Fox A. From MOOCs to SPOCs[J]. Communication Soft He ACM, 2013, 56(12): 38-40.
[11] Yu L, Shao J F, Tun L. Viewing classroom teaching reform from the BOPPPS teaching mode[J]. Computer Education, 2015(6):16-18.
基金项目：南开大学 2021 年本科教育教学改革项目“‘四新’专业计算智能融合课程的一流课程建设”（NKJG2021050）；教育部 2020 年第一批产学合作协同育人项目“‘新医科’计算智能融合课程资源建设”（202002030003）。
作者简介：李敏，女， 南开大学 讲师，研究方向为计算机教育、密码学安全，limintj@nankai.edu.cn；郭蕴（通信作者），女， 南开大学 实验师，研究方向为计算机教育、智能计算，guoyun@nankai.edu.cn。
引文格式：李敏，郭蕴. 多层次递进式的区块链通识课程教学设计[J].计算机教育,2022(10):79-83.
转自：“计算机教育”微信公众号
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