教案10：项目十 区块链技术教案

项目十：《区块链技术》教案一、教学分析任务名称任务1区块链技术所属专业本科各专业课程名称新一代信息技术课程性质学科基础平台（数智素养基础）模块课程类型理实一体先修课程后续课程授课班级授课学时学时授课地点授课时间授课方式任务驱动、案例分析、讨论法授课教师学情分析1.学生对新兴技术（如比特币、区块链）有一定的好奇心，但对区块链的底层原理理解较浅。2.学生具备基本的计算机操作能力，能够熟练使用浏览器和安装插件，但缺乏数字钱包的实际使用经验。3.课程实践性强，通过模拟数字货币转账等操作容易激发学生兴趣。学习内容1.区块链的概念、特性及核心技术2.区块链的分类（公有链、联盟链、私有链）及典型应用3.以太坊钱包插件MetaMask的安装、创建、配置及转账收款操作教学目标情感目标（素养）具备诚信品质，遵守区块链行业的道德规范和职业操守。遵守国家和地方的法律法规，尊重知识产权。具备高度的责任心和社会责任感，了解区块链技术在防止信息篡改、增强信任方面的价值。对应课程目标目标1：掌握区块链基本概念与原理，熟悉数字钱包的使用，提升在新一代信息技术环境下的数据安全意识与素养。认知目标（知识）1.掌握区块链的概念及特性。2.掌握区块链基本含义与原理，理解分布式账本结构。3.掌握区块链分类与技术架构，熟悉核心技术。技能目标（能力）能熟练在Chrome浏览器中安装并配置MetaMask钱包插件。能够完成创建钱包账户、导出/导入私钥、申请水龙头代币的操作。能够使用测试网络进行模拟转账与收款，并查看交易详情。。教学重点1.区块链的五大基本特性及运行原理。2.MetaMask钱包的创建、配置及基本交易操作。解决措施：课前布置视频学习区块链基础。课中通过教师演示MetaMask操作流程，学生同步进行实操练习。课后通过习题巩固。教学难点1.幻理解区块链的核心技术（如非对称加密、共识机制、智能合约）。2.钱包私钥、助记词的安全管理与备份的重要性。解决措施：通过比喻（如“公钥是账户地址，私钥是唯一凭证”）简化概念。在实操中反复强调私钥丢失的后果。通过案例分析加深理解。二、教学策略教学资源数字资源智慧职教MOOC平台课件网络资源：WPS官方社区。开发工具Chrome浏览器交互平台学习通慕课堂智慧职教MOOC讨论区教学策略课程选用武春岭、惠宇主编的《新一代信息技术》职教本科教材，结合智慧职教MOOC平台，在线开放课程《新一代信息技术》，实施线上线下混合教学模式，采用“双主线任务驱动法”进行教学，即老师为主导，学生为主体，以项目任务为教学单元进行案例建构、情境创设和问题探究，实施启发式、参与式和探究式的课堂，深度挖掘育人元素，把科学价值观的相关内容从课前自学贯穿到课中讲授和课后拓展，从线上贯穿到线下。提高学生的专业能力、创新能力和素质能力，实现创新型、发展型、复合型的高素质技术技能人才的培养。三、教学环节设计第3次课（2课时）1.课前准备环节教学内容教师活动学生活动设计意图视频资源学习区块链技术与应用1.在智慧职教发布预习任务（观看第10章相关视频）；2.查看学情数据。在智慧职教完成教师发布的学习任务，实践练习。学生提前接触抽象概念，降低课中理解难度。2.课中内化环节教学内容教师活动学生活动设计意图任务导入(约10分钟)学习任务和目标1.展示比特币网络示意图和比特币官方网站。2.提问：“大家听说过比特币吗？它背后的技术是什么？如果没有银行，我们如何进行安全的转账？”3.引出本课主题：不仅要了解区块链的“去中心化”原理，还要学会使用工具——MetaMask钱包进行链上交互。学生思考，小组讨论在生活、学习中在哪些地方使用过区块链技术通过问题讨论让学生意识到生活中的区块链技术，区块链技术的发展，不仅改变了人们的日常生活，同时渗入到了现代社会的方方面面。教师导学(约35分钟)区块链技术概述区块链及其发展区块链（Blockchain）是信息技术领域一个用于验证信息有效性（防伪）的术语，属于数字资产的另外一种权益。从本质上讲，它是一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”

“集体维护”等特征。基于这些特征，区块链技术奠定了坚实的“信任”基础，创造了可靠的“合作”机制，具有广阔的运用前景。1.区块链的定义狭义区块链是指按照时间顺序，将数据区块以顺序相连的方式组合成的链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。广义区块链技术是利用块链式数据结构验证与存储数据，利用分布式节点共识算法生成和更新数据，利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约，编程和操作数据的全新的分布式基础架构与计算范式。公有链公有链也称为非许可链如比特币和以太坊等都是公有链。公有链一般适合于虚拟货币、面向大宗的电子商务、互联网金融等B2C、C2C或C2B等应用场景。在公有链中，程序开发者无权干涉用户，所以区块链可以保护使用他们开发的程序的用户。公有链具有如下几个特点：所有交易数据公开、透明2．无法篡改3．低吞吐量4．交易速度缓慢2）联合（行业）链是指其共识过程受到预选节点控制的区块链，由某个群体内部指定多个预选的节点为记账人，每个块的生成由所有的预选节点共同决定(预选节点参与共识过程)，其他接入节点可以参与交易，但不过问记账过程(本质上还是托管记账，只是变成分布式记账，预选节点的多少，如何决定每个块的记账者成为该区块链的主要风险点)，其他任何人可以通过该区块链开放的API进行限定查询。这些区块链可视为部分去中心化。比如区块链联盟R3就是一个典型的联盟链系统。联盟链具有如下几个特点：1．部分去中心化2．可控性较强3．数据不会默认公开4．交易速度很快3）私有链私有链，是指其写入权限由某个组织和机构控制的区块链。读取权限或者对外开放，或者被进行了任意程度的限制。相关的应用可以包括数据库管理、审计等，尽管在有些情况下希望它能有公共的可审计性，但在很多的情形下，公共的可读性似乎并非是必需的。私有链具有如下几个特点：1．交易速度快2．交易成本低3．基本产品不被破坏2.区块链的发展区块链起源于比特币。2008年11月1日，一位自称中本聪的人发表了《比特币：一种点对点的电子现金系统》一文，阐述了基于P2P网络技术、加密技术、时间戳技术、区块链技术等的电子现金系统的构架理念，这标志着比特币的诞生。两个月后理论步入实践，2009年1月3日第一个序号为0的创世区块诞生。几天后2009年1月9日出现序号为1的区块，并与序号为0的创世区块相连接形成了链，标志

着区块链的诞生。区块链技术具有以下特征：（1）去中心化。区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施，没有中心管制，除了自成一体的区块链本身，通过分布式核算和存储，各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。去中心化是区块链最突出最本质的特征。（2）开放性。区块链技术基础是开源的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人开放，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。（3）独立性。基于协商一致的规范和协议（类似比特币采用的哈希算法等各种数学算法），整个区块链系统不依赖其他第三方，所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据，不需要任何人为的干预。（4）安全性。只要不能掌控全部数据节点的51%，就无法肆意操控修改网络数据，这使区块链本身变得相对安全，避免了主观人为的数据变更。（5）匿名性。除非有法律规范要求，单从技术上来讲，各区块节点的身份信息不需要公开或验证，信息传递可以匿名进行。紧跟教师讲解思路，学习掌握区块链的相关概念、核心定义、发展历程及特点。通过案例讲解更好的理解区块链技术教师导学（约20分钟）区块链核心技术区块链核心技术1.区块链通用技术架构一般说来，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。1．数据层(DataLayer)数据层是整个区块链技术中最底层的数据结构，描述了区块链从创世区块起始的链式结构，它包含了区块链的区块数据、链式结构以及区块上的随机数、时间戳、公私钥数据等信息。2．网络层(NetworkLayer)网络层包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等，网络层主要通过P2P技术实现，因此区块链本质上可以说是一个P2P网络。3．共识层(ConsensusLayer)共识层主要包含共识算法以及共识机制，能让高度分散的节点在去中心化的区块链系统中高效地针对区块数据的有效性达成共识，是区块链的核心技术之一，也是区块链社群的治理机制。目前已经出现了十余种共识机制算法，其中最为知名的有工作量证明机制、权益证明机制、股份授权证明机制等。4．激励层(ActuatorLayer)激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制，其功能是提供一定的激励措施，鼓励节点参与区块链的安全验证工作。激励层主要出现在公有链中，因为在公有链中必须激励遵守规则参与记账的节点，并且惩罚不遵守规则的节点，才能让整个系统朝着良性循环的方向发展。所以激励机制往往也是一种博弈机制，让更多遵守规则的节点愿意进行记账。而在私有链中，则不一定需要进行激励，因为参与记账的节点往往是在链外完成了博弈，也就是可能有强制力或者有其他需求来要求参与者记账。5．合约层(ContractLayer)合约层主要包括各种脚本、代码、算法机制及智能合约，是区块链可编程的基础。通过合约层将代码嵌入区块链或是令牌中，实现可以自定义的智能合约，并在达到某个确定的约束条件的情况下，无须经由第三方就能够自动执行，是区块链实现机器信任的基础。6．应用层(ApplicationLayer)区块链的应用层封装了区块链面向各种应用场景的应用程序，比如搭建在以太坊上的各类区块链应用就部署在应用层。应用层类似于Windows操作系统上的应用程序、互联网浏览器上的门户网站、搜寻引擎、电子商城或是手机端上的App，开发者将区块链技术应用部署在如以太坊、EOS、QTUM上并在现实生活场景中落地。2.区块链核心技术——密码学区块链的基础在于密码学技术。这里，我们并没有将密码学及其相关实现技术作为单独的某一层。因为密码学技术可以说是所有区块链运行的理论基础，并且自底向上贯穿了区块链的整个技术栈。从底层数据的加密、账户的公私钥配对计算、签名、网络链接使用的各类证书、应用层面的同态加密及多方计算等等均离不开密码学的研发应用，是整个加密世界的基础。非对称加密加密是为了实现对秘密的保护。所谓秘密就是机密的信息，不能让其他人所知晓。非对称加密是密码学中最常用的一类加密算法。会涉及两个密钥，一个可以公开传递，被称为公钥；另一个必须由用户自己严格保管，被称为私钥。如果用其中一个密钥进行加密后，只能用唯一对应的另一个密钥才能解密出明文，所以这种加密技术被称为“非对称”加密。哈希函数严格来说，哈希(Hash)函数，或称为散列函数，是一种信息摘要方法，通过一定的计算，可以将任意长度的数据信息映射为一个特定长度的字符串。数字签名在区块链中，签名算法主要也是从这两个方面来进行身份验证。利用签名函数不可伪造的特点，攻击者几乎不可能冒充签名者、伪造出一个交易信息，伪装成他人来盗用数字资产。而不可伪造的另一面就是不可抵赖。由于其他人均无法伪造签名，也就说明了交易的发起方只可能是拥有该私钥的用户，该用户也就无法对交易的存在以及交易的内容(数量、收款方等)进行抵赖。因此，签名函数实现了用户对其链上资产的绝对控制权。3.区块链核心技术——P2P网络P2P网络的含义是“点对点网络”。网络链接功能是账本得以“分布式”的链接基础，实现一个对等、点对点的P2P网络结构。这也是分布式账本与传统中心化系统核心区别之一。由于没有特殊的中心节点，区块链可以不依赖于某些中心化节点即可运行，以技术的分布实现业务上的分布。和传统的BitTorrent类似，很多技术可以用于实现一个P2P的网络，包括Gossip、Kademlia、NAT等。目前一些用于组建网络和穿透内网的开发工具，例如libp2p等也被越来越多的用于区块链平台。区块链核心技术——共识机制共识机制就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。区块链提出了四种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。区块链的共识机制具备“少数服从多数”以及“人人平等”的特点。其中“少数服从多数”并不完全指节点个数，也可以是计算能力、股权数或者其他的计算机可以比较的特征量。“人人平等”是当节点满足条件时，所有节点都有权优先提出共识结果、直接被其他节点认同后并最后有可能成为最终共识结果。以比特币为例，采用的是工作量证明，只有在控制了全网超过51%的记账节点的情况下，才有可能伪造出一条不存在的记录。当加入区块链的节点足够多的时候，这基本上不可能，从而杜绝了造假的可能。5.区块链核心技术——智能合约智能合约是指一种计算机协议，这类协议一旦制定和部署就能实现自我执行和自我验证，而且不再需要人为的干预。从技术角度来说，智能合约可以被看作一种计算机程序，这种程序可以自主地执行全部或部分和合约相关的操作，并产生相应的可以被验证的证据，来说明执行合约操作的有效性。智能合约具有以下优点：1．高效的实时更新2．准确执行3．较低人为干预风险4．去中心化权威5．较低的运行成本学生思考并理解区块链，了解区块链的核心技术原理。学生通过聆听教师的讲解，拥有自己的思考。理解区块链技术的核心技术做中学(约20分钟)区块链技术典型应用区块链技术典型应用1.数字货币数字货币与区块链数字货币与加密资产数字货币与虚拟货币加密数字货币的代表——比特币钱包是一个形象的名称，用于表示用户持有的、与交易相关的关键信息。钱包储存用户的私钥，并管理用户的比特币余额，提供比特币交易(支付、转账)功能。根据密钥之间是否有关联可把钱包分为两类：(1)非确定性钱包(nondeterministicwallet)：每个密钥都是从随机数独立生成，密钥彼此之间无关联，这种钱包也被称为“JustaBunchOfKeys(一堆密钥)”，简称JBOK钱包。(2)确定性钱包(deterministicwallet)：所有密钥都是从一个主密钥派生出来，这个密钥即为种子(Seed)。该类型钱包中所有密钥都相互关联，通过原始种子可以找到所有密钥。确定性钱包中使用了很多不同的密钥推导方法，最常用的是使用树状结构，称为分级确定性钱包或者HD钱包。紧跟教师讲解思路，学习数字货币与区块链、加密资产和虚拟货币之间的联系和区别，并了解比特币通过习题练习，查漏补缺，巩固本节课关于区块链概念、特性及分类的理论知识。做中学（约20分钟）区块链基础操作与案例演示任务实践：以太坊钱包插件MetaMask应用实践任务1：创建MetaMask钱包本任务主要是让学生学会下载安装MetaMask钱包，熟悉MetaMask钱包的作用和使用方法。任务2：申请水龙头代币本任务主要学习水龙头代币的申请。任务3：转账/收款任务4：导出私钥任务5：导入账户任务6：链接硬件钱包任务7：在Etherscan上查看详情1.学生相互帮助，成功领取测试币。2.小组内成员互相交换钱包地址，完成一笔转账操作，并观察余额变化。3.在区块链浏览器上验证交易是否“确认”成功。4.在钱包详情页导出并记录私钥。5.尝试使用“导入账户”功能，验证私钥与账户的一一对应关系。6.思考：如果私钥被别人获取了会发生什么？小组同学协作完成转账体验，培养团队协作沟通能力。通过查看链上数据，直观感受区块链的“不可篡改”和“公开透明”特性。通过进阶练习，加深对“私钥即资产”的理解。进一步巩固区块链账户体系的安全管理技能。总结与分享（约5分钟）总结区块链钱包应用引导学生领取Kovan测试币（若水龙头限制，可由教师向学生转账分发）。2.组织同组学生两两结对，互相进行转账练习。3.指导学生在Etherscan上查看刚才的交易记录。1.自查任务完成情况，回顾钱包使用流程。2.分享心得：体验去中心化交易的高效与透明，也意识到了自我管理资产的责任。通过总结和梳理，将技能上升为素养。在技术教学中融入法治教育与职业道德教育，培养守法、负责的区块链应用人才4.课后拓展1.登录智慧职教平台，完成项目十学习任务，观看在线视频、参与问题讨论。2.完成作业3.登录考试系统进行练习5.考核评价考核方式1课堂参与度评价：课程中的案例、思考、练习，鼓励学生主动参与讨论、分享思路、帮助同学，表现突出的，当场记录加1～3分，若有影响课堂学习的（如：睡觉、玩手机）当场记录扣3分。2.课堂任务完成情况评价：课堂上布置的任务按1-7分计算2.课后作业评价：单次作业按1～3分计算，记录到平时成绩册中。教学目标达成度回顾教学目标，评估学生是否达到了预期的知识、能力和素质要求。通过课堂观察、作业反馈和学生互动，评估学生对区块链技术知识的掌握程度，以及是否能够有效运用所学知识解决实际问题。如有未完全达成的目标，分析原因，并思考在未来的教学中如何改进，如增加练习时间、调整教学方法等。通过课堂互动，任务完成情况，学生对课程学习的积极性较高，对知识的获取有迫切感。特色创新1.依据课程标准，采用以学生为主