面向数字经济的宽口径区块链教材建设研究

［摘 要］ 区块链相关专业人才不足，成为我国驱动数字经济发展的严重桎梏。当务之急是迅速开发能够满足新兴专业人才培养需求的教材和课程。除了传统的计算机类专业广泛开设区块链系列课程外，目前大量的工学、理学和经管类专业对区块链课程都有迫切需求。针对这种需要和区块链教材现状，以“着眼新工科工程教育要求、面向数字经济”为出发点，以面向电子电气等相关专业的应用为目标，兼顾一般理工科、管理与金融等专业需求，介绍了通用性和侧重性兼顾的宽口径区块链教材建设。首先，介绍了建设面向数字经济特色教材的时代背景，然后，从教材现状、教材建设思路和教材建设实践几个方面阐述了区块链教材建设过程和一些心得体会，以期为区块链教材建设提供一定借鉴和参考。

［关键词］ 数字经济；区块链；教材建设；宽口径

［基金项目］ 2020年度泰安市科技计划“面向装备制造业的区块链支持平台研究”（2020GX041）；2020年度山东科技大学教学研究项目2020群星计划“面向电气类专业的《区块链技术》教材建设”（QM2020M77）；2021年度国家自然科学基金“基于多源异构感知的放顶煤煤矸特征规律及识别方法研究”（52174145）

［作者简介］ 武 超（1975—），男，安徽来安人，博士，山东科技大学智能装备学院讲师，主要从事区块链技术研究。

［中图分类号］ G624 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）28-0024-04 ［收稿日期］ 2023-11-13

引言

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》将区块链列为国家培育壮大的七大数字经济重大产业之一［1］。在数字经济产业五个大类中，区块链出现在数字技术应用业、数字要素驱动业、数字化效率提升的三个大类中［2］，是互联网数据服务、新技术基础设施建设、智能制造的重要组成部分［3］。

区块链相关专业人才不足，成为我国驱动数字经济发展的严重桎梏。当务之急是迅速开发能够满足新兴专业人才培养需求的教材和课程。除了传统的计算机类专业广泛开设区块链系列课程外，目前大量的工学、理学和经管类专业对区块链课程都有迫切需求。而针对数字经济相关课程的教材建设是最基础和重要的组成部分。

本文以面向数字经济和理工类宽口径需求的区块链教材为目标，简要介绍现阶段区块链教材存在的问题，分享区块链教材建设的一些实践经验，以期对我国相关区块链教材建设有借鉴意义。

一、区块链教材建设的现状分析

目前，高校区块链本科教材多以区块链的原理设计与应用、实践为主，其内容大体包括：区块链和数字货币的基本理论和商业应用、“区块链+新应用”的设计实现原理及其应用。但因为读者体量的缺乏，目前一些高校课时有限而无法开展这些内容的教学工作，使用效果不是很理想。

国内已经有不少优秀的区块链书籍，它们从科普和开发两个不同的维度对区块链做了相当翔实的介绍，大多围绕加密货币进行说明，过于强调区块链技术在金融方面的应用与开发，对激发学生的学习兴趣方面做得还不到位，真正适合课堂教学的并不多［4］。较有影响的教材如邹均的《区块链技术指南》一书，更适合作为计算机类专业的基础教材。真正与电子电气专业相关内容结合、面向数字经济的区块链教材并不多见。

二、相关研究文献

从已有的文献来看，研究区块链教材存在问题的学者屈指可数，陈亮等［5］认为非常缺乏系统性的且适合本科生的区块链教材；李敏等［6］认为产品类、技术类、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；孙恒［7］认为应结合当下热门场景应用，探索新的教学方法，将抽象的区块链理论具体化，强调注重实践；张凯［8］认为区块链课程普遍开设在计算机类专业，存在受众局限性的问题。

目前，区块链的教材内容更新速度慢，无法满足学生对前沿知识学习的需求，缺乏系统性的且适合本科生的区块链教材。理工和管理类专业对区块链学习有所需求，但因学时限制，一般只能开设一门综合性的区块链课程，对应教材应在深度、覆盖面、经典和热门课题之间有较好的平衡。但据我们所知，目前这样的教材在国内尚不多见。

三、明确教材目标

在面向数字经济发展，培养根植价值传输思维，熟悉区块链技术并赋能于社会应用场景的区块链人才前提下，我们认为大学本科阶段的学习重在培养学生在专业领域的基本素质和能力，而不宜只针对明确的工作岗位进行职业训练。因此，我们希望能提供一本兼顾广度与深度、适合高等院校学生的区块链入门教材，帮助学生掌握区块链的基本理论，并了解相关的前沿技术。

教材目标分为三个层次。一是介绍区块链的基本理论，阐明数字经济中“信任”的价值，即“信任”如何提升数字经济的效率，或者帮助数字经济解决什么问题，由此逐步建立用技术去解决信任问题的思维。二是阐述需要实现数据的“可信”的方法，涉及大量数学知识、加密工具的使用。三是引出如何用“可信数据”去驱动业务。这要求分析特定场景的业务需求，并且用区块链构建出“可信”的解决方案。只有通过以上三方面的学习，学生才能系统地理解并掌握面向数字经济的区块链的关键技能，才算具备了区块链的基本素质。

四、教材建设的基本思路

建设面向数字经济的特色教材，应以数字经济的发展趋势为指引，以促进实体经济相关产业发展为方向，在内容和形式上有所突破与创新。

以数字经济为指引是关键，强调基本原理、基本概念和各种特性的阐述，撇弃繁杂的数学公式推导，在基本概念和基本理论等方面的阐述上不吝啬篇幅，重点内容讲清讲透。区块链包含许多重要的计算机技术，理解底层技术是掌握去中心化分布式系统的核心。在有限的学时中很难让学生宽泛地掌握区块链的方方面面，因此，在教材内容建设上应该更注重区块链概念的强化、共识机制的理解。

建设区块链的综合性基础教材，在内容上既要反映区块链的基础理论和经典方法，又要重视近期非常活跃的内容，落后的技术、陈旧的设计理念均大胆抛弃，而把先进的共识机制等内容纳入课程中。

以促进实体经济发展的方向进行教材建设是特色，从数字经济与区块链的起源、演变到发展及延伸，全面清楚地阐明来龙去脉，使学生较为专业地熟悉某一产业行情，培养学生的系统观和大局观。

五、教材建设具体实践

（一）内容的选择

教材内容借鉴和学习了国外优秀原版教材著作，结合区块链发展的实际，覆盖区块链基础知识、区块链核心算法，内容包括区块链发展历史，比特币原理和运行机制等，P2P网络、密码学、共识机制、智能合约，区块链应用场景与案例等。新增了PBFT、Hoststuff共识机制原理和关于区块链不可能三角的理论分析，构成区块链核心理论的整体。以太坊内容繁多，DAG尚未有严格的数学证明，故此两类内容没有包括在内。

区块链的局限性非常明显，单靠区块链很多时候完不成一个完整的业务，必须和其他业务结合在一起才能解决问题。区块链的应用已延伸到数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等多个领域，展现出广阔的应用前景，“区块链+非金融行业”会是未来区块链发展的重要方向［9］。中国工程院院士陈纯［10］早在2019年就认为区块链具有可信协作、隐私保护等技术优势，可与工业互联网实现深度融合，尤其在工业互联网数据的确权、确责和交易等领域有着广阔应用前景。故此，我们增加了区块链技术与物联网结合的应用设计内容，以体现特色的教材内容。

（二）篇章设置

教材篇章设置分成三个层次：入门、基础和提高篇。既包含理论和应用，也包含部分区块链前沿研究成果的介绍，内容体系完备，有利于学生循序渐进地深入理解区块链理论和技术。

入门部分主要让学生了解区块链技术及其未来产业的广阔前景，了解通过计算机技术的理科思维解决社会问题的思路，激发学生对区块链技术的兴趣。该部分主要以时间轴安排教材内容，科普区块链技术的发展与演进过程，体现教材建设面向数字经济产业的特色。

基础部分主要使学生掌握区块链技术基础原理和关键技术等，没有具体的公式推导，主要包括：比特币历史，比特币内部原理和参数、运行机制、共识机制（如PoW、PoS、PBFT和Hoststuff）实现原理、密码技术（如非对称加密RSA算法、公钥与私钥理解、密钥的保存与管理等），还包括区块链未来的发展方向等开放性讨论的内容。面对专业界限淡化的趋势，增加学科交叉内容，如对人工智能、溯源、供应链等方面的介绍。

提高部分介绍了区块链系统与应用场景，介绍能够反映学科行业发展的最新技术和富有特色的内容，如跨链、隐私保护、安全性、可扩展性、预言机等。教材还补充了物联网的特点，介绍了区块链与物联网结合的方案。

（三）增加教材的启发性建设，培养学生的创新精神和开拓精神

教学包含实际应用场景问题，以引导学生学以致用。例如，第一章《绪论》中关于津巴布韦币的例子，如何保证对法币的信用，既属于社会调查，也属于专题讨论。这些都必须在学生参阅许多资料后方能完成，对于培养学生的独立思考和探索能力大有益处。

章节之后的习题既有调查报告、理论分析，又有方案比较、专题讨论等。对应用场景机进行讨论评析，实现理论联系实际，有助于解决学生学习过程中理论枯燥乏味、学习积极性不高的问题，帮助学生更好地把握要点、难点和注意事项，有助于培养学生分析问题的能力和探究的习惯。

在组建教学团队的基础上，我们建设了数字教材资源并加入我校的学习通平台，实现了教材内容的网络化，将传统纸质教材无法展示的如共识机制、非对称加密、隐私保护等内容以多媒体的形式呈现出来。其他线上学习资源包括肖臻教师的“区块链和加密数字货币”课程资料、《区块链100问》视频和与课程思政理念相关的文档，以增强学生学习的兴趣；补充区块链技术前沿进展和相关论文，以拓宽学生的学术视野。

六、对教材建设的几点思考

（一）教材建设应与时俱进，主动适应教学改革

数字经济涉及的区块链技术发展日新月异，在这种情况下，教师要能及时更新和扩展新的前沿内容，不断适应科学技术的进步和社会发展对人才的需求，与时俱进主动更新和优化教材内容。

（二）重视教材内容质量

高质量内容是教材基础。教材编写要针对学生的实际基础和接受能力，从学生学习的角度出发，逐层递进，让多数学生顺利接受。教材的任务不仅是传授给学生丰富知识，还要教给学生正确的思考方法和学习方法，教会他们怎样去认识数字经济，了解数字经济的发展困境。

（三）数字化资源和教学平台有助于教材优化

当前社会信息技术空前发达，各种电子设备使用已经非常普及，学生的学习角色在变化、学习习惯在变化，正在从传统的知识被动接受者转变为知识的消费者、参与者。大部分学生乐于接受自主学习等学习新模式，对于新形态教材的应用呈现积极态度。

在“互联网+”背景下教学平台的发展与运用，不仅为学生提供了互动平台，创设了良好的新型学习氛围，而且在学生使用数字教材资源时，会留下学习痕迹的各种信息，便于教师借助教学平台随时掌握学生对知识的学习情况，整理、分析数据，探寻存在的问题和亟须改进的地方，从而持续性建设、优化数字教材和改进教学。

结语

我们对接新工科建设要求，把握教学改革趋势，形成“重视基础，结合工程，强调产业应用”的编写指导思想，在学校教学改革项目支持下，编著了《区块链技术》教材，其主要特色与创新点如下：面向数字经济，建设了宽口径区块链教材，强调去中心化、多中心的基础理论和应用；内容全面新颖，加强了共识机制原理的介绍，介绍了我国研究人员设计的具有自主知识产权的共识机制；面向工业互联网与电子电气工程类专业，将区块链与工业物联网应用相结合。