低碳型教育与云计算辅助教学

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黎加厚     上海师范大学 教育技术系

                               
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时代变化呼唤低碳型教育

2010年,21世纪进入了第十个年头，全球关注的哥本哈根世界气候会议，将世界各国综合国力的竞争与合作推进到生态文明的新时代。

现在，没有一个国家的领导人会否认，全球气候变化是21世纪人类共同面临的最重大环境与发展挑战，当代人类的活动，特别是工业革命以来人类的生产、生活等活动，造成了目前以全球变暖为主要特征的气候变化,将会威胁到人类自身的生存。

1979年在瑞士日内瓦召开的第一次世界气候大会上,科学家们提出了大气二氧化碳浓度增加将导致地球升温的警告,气候变化首次成为一个受到国际社会关注的议题。1988年,世界气象组织(WMO)和联合国环境规划署(UNEP)联合建立了联合国政府间气候变化专门委员会(United Nations‘‘‘‘ Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)，其主要职责是评估有关气候变化问题的科学信息以及评价气候变化的环境和社会经济后果，并制定现实的应对策略。至今，IPCC一共发表了4份关于气候变化的评估报告。2007年11月17日发表的《第四次气候变化评估报告》(AR4)指出：在过去100年中，全球气候呈现以变暖为主要特征的显著变化。人类活动，特别是化石燃料的使用和土地利用变化导致的温室气体（CO2、CH4、N2O等）的增加，很可能（90%以上可能性）是气候变暖的主要原因。这份由500多位主要作者和2000多位评审专家共同完成的报告指出,自1750年以来,全球大气温室气体浓度由于人类活动而显著上升,现在已远远超过工业化时代之前数十万年间的水平,其中二氧化碳浓度达到65万年以来的最高点。[1]

我国政府在哥本哈根会议上正式宣布，到2020年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，这体现了中国高度负责任的态度。

中国在21世纪的生存和发展，面临着人类历史上错综复杂的挑战，诸如世界金融风暴、能源危机、环境污染、恐怖主义、创新竞争等压力。在今后相当长的一段历史时期，应对全球气候变暖的挑战，减少二氧化碳排放，举国发展低碳型经济，建设低碳型和谐社会，将关系到我国经济社会发展全局和国家根本利益。特别是哥本哈根会议后，人们发现，气候变化和二氧化碳排放问题，已经成为21世纪国家间的政治斗争和综合国力竞争的新型世界战争。不言而喻，在21世纪人类社会和经济发展模式重大变革的时代背景下，大力发展低碳教育和低碳型教育，是当代中国教育发展面临的新挑战和社会责任。

本文所谓的低碳教育(Low Carbon Knowledge Teaching)，是指在学校教育和社会教育中，对学生和全体公民进行有关环境保护、节能减排、应对地球气候变暖的知识和行为方式的教育。

本文关注的低碳型教育（C-Education），是指在教育的各个方面采取措施，促进教育教学活动的各个环节减少二氧化碳排放，节约能源、保护环境。

从工业革命以来发展起来的现代教育体系，包括了建立在传统资源观之上的教育教学环境、教育建筑系统、教育资源系统、教育媒体系统、教育管理系统等等，其中大部分系统都直接或者间接的方式消费使用了化石能源，因此，都直接或者间接地向大气层排放了大量二氧化碳。例如，我国上千万的大中小学生每年使用的课本教材和教辅书籍，这些书本的印刷、纸张的生产、木材的砍伐等每一个环节，都会造成大气层二氧化碳排放量增加。因此，如何采取必要的措施，促使整个教育系统的活动减少二氧化碳排放，是我们在制定国家中长期教育改革和发展规划纲要必须要考虑的重要因素。下面表1列出了常见教育活动的二氧化碳排放情况。

表1. 常见教育活动与二氧化碳排放

活动类型	活动内容	排放二氧化碳
阅读	1磅印刷纸张	4磅
	1磅课本	5磅
	1磅报纸	3磅
	1个电子书（e-Book）平均1年可以替代22.5本纸质书籍	减排二氧化碳168 千克[2]
交通方式	飞机	0.18 CO2排放系数（kg·km-1人-1）以下同
	火车	0.062
	公共汽车	0.062
	小汽车（1.4-2.0L排量）	0.51
	混合动力车	0.12
	摩托车	0.10
	步行（自行车）	0   [3]
学校信息技术设备	台式计算机平均功率： 主机：150w +显示器（17寸CRT显示器平均85W，17寸液晶显示器平均35W）[4]	1个教学班50台计算机，使用上网本替代台式计算机，每天工作4小时，每年春秋两学期按照38周计算，可以省电8550度，减排二氧化碳8.2吨。
	笔记本平均功率：60w-90w [5]
	上网本功率（华硕EeePC为例） 待机功耗 0.4瓦 空闲状态功耗 8.7瓦 高负载功耗 12.5瓦   [6]
	服务器功率，以IBM（IBM System x3650(7979L2C) 服务器）为例， 835瓦 [7]	1个学校信息中心使用1台IBM服务器改为使用云计算辅助教学，每年可以减排二氧化碳5吨。
信息技术使用方式	液晶显示屏与传统CRT显示屏相比，大约节能50％，每台每年可节电约20度。	减排二氧化碳19.2（kg·年-1台-1）
	不用电脑时以待机代替屏幕保护，每台台式机每年可省电6.3度。	减排二氧化碳6（kg·年-1台-1）
	调低电脑屏幕亮度，每台台式机每年可省电约30度。	减排二氧化碳29（kg·年-1台-1）[3]

资料来源：参考文献[2]-[7]

中华人民共和国科技部《全民节能减排手册》还列举了一系列数据：

l         如果将全国5%的出版图书、期刊、报纸用电子书刊代替，每年可减少耗纸约26万吨，节能33.1万吨标准煤，相应减排二氧化碳85.2万吨。

l         减少一本新教科书的使用，可以减少耗纸约0.2千克，节能0.26千克标准煤，相应减排二氧化碳0.66千克。如果全国每年有三分之一的教科书得到循环使用，那么可减少耗纸约20万吨，节能26万吨标准煤，减排二氧化碳66万吨。

l         用电子书刊代替印刷书刊，如果将全国5%的出版图书、期刊、报纸用电子书刊代替，每年可减少耗纸约26万吨，节能33.1万吨标准煤，相应减排二氧化碳85.2万吨。

l         用电子邮件代替纸质信函，在互联网日益普及的形势下，用1封电子邮件代替1封纸质信函，可相应减排二氧化碳52.6克。如果全国三分之一的纸质信函用电子邮件代替，那么每年可减少耗纸约3.9万吨，节能5万吨标准煤，减排二氧化碳12.9万吨。[3]

上述例子和表1中的数据是否精确我们暂不讨论，但是从这些提示中可以看到低碳型社会经济发展的趋势：即社会化、集约化的学习生活方式能够节省能源并减少二氧化碳排放；使用电子阅读代替纸张阅读，逐步实现无纸化办公和无纸化学习可以减少二氧化碳排放；发展信息化教育、在教学中充分利用现代教育技术，能够大幅度减少二氧化碳排放；在信息化教育中配置笔记本计算机和上网本，采用云计算辅助教学的社会化教育资源发展模式，有利于促进低碳型教育发展。

目前没有全国中小学计算机配置情况的最新数据，但是据国内资深专家介绍，2008年国内抽查，全国中小学计算机约1000万台，校园网约80000个。[8]到了2010年，全国学校的计算机配置可能远远超过这些数字。根据科技部《全民节能减排手册》的计算方法，如果全国5%的中小学计算机配置和使用方式采用节能型上网本和云计算辅助教学模式，比现有学校的计算机房配置每年可减排二氧化碳8.4万吨，如果考虑云计算辅助教学的数字化教育资源替代纸张印刷品和无纸化办公，二氧化碳减排量更大。

最近，世界上许多国家都推出了计算每一个公民、企业和单位对大气层排放出二氧化碳的累计率的计算方法，被称为碳足迹计算器。所谓碳足迹（carbon footprint），是指与一个人、产品、单位或组织密切相关的二氧化碳和其他温室气体的排放总量。你只要向在线碳足迹计算器输入你的生活学习方式和相应的时间量，就可以算出你的二氧化碳排放总量。由于人们购买和消费低碳型产品将会使自己的碳足迹减少碳排放，所以，人们会更愿意购买或使用低碳型企业所提供的产品或服务,因此，这些公司将会具有更好的投资价值或成长潜力。[9] 同样，随着公众对低碳型教育的关注程度日益增加，在减少二氧化碳排放方面表现良好的学校将会受到政府和民众的大力支持和鼓励。家长更愿意送自己的子女到低碳型教育的学校接受教育，从而使自己家庭、子女人生的碳足迹历史档案减少碳排放记录。因此，在21世纪生态文明来到的时候，每一个学校都可以根据自己的教育教学活动方式，采取不同的减排措施，计算出自己的碳足迹，从而推算出学校达到低碳型教育的程度，了解自己对国家实现减少二氧化碳排放的责任与贡献，构建低碳型教育的新型学校，提升学校的综合竞争力。



云计算辅助教学：中国信息化教育的低碳型发展道路

从人类社会发展的历史来看，公共服务是技术走向高效率、低成本、低碳排放的必由之路，如火车、公路、电力、供水、供气、邮电等，现在，人们使用计算机技术的服务正处在大规模社会化的历史转变期。

早在1960年代，麦卡锡预言，计算可能有一天将被组织为公共事业。1990年代初，ATM商业网络开始使用云的术语。21世纪初，云计算服务开始出现，当时主要指软件作为一种服务（Software as a Service, SaaS）。2002年后，亚马逊网站（Amazon.com）开始采用云计算支持现代化的数据中心。[10]

2006年，Google公司提出了云计算（Cloud Computing）战略。2007年，Google、IBM和一些大学开始大规模的云计算研究项目，将社会化计算机网络服务的构想推出，给教育信息化建设打开一扇新的窗口。

云计算是指由几十万甚至上百万台廉价的服务器所组成的网络，为用户提供所需要的计算机服务，这是近年来计算机科学领域中的分布式计算(Distributed Computing)、并行计算(Parallel Computing)和网格计算(Grid Computing)的新发展。云计算将大规模的计算机阵列连接成一个向全球用户提供社会化计算机服务的网络，用户只需要一个能够上网的设备，比如一台笔记本或者手机，在任何时间、任何地点，用任何可以连接至互联网的终端设备访问这些服务，就可以获得自己需要的计算机服务。[11]我们将这种云计算为用户提供的服务称之为云服务。这意味着人们使用计算机的需求也可以作为一种公共商品进行流通，就像煤气、水电一样实现高效的社会化服务，取用方便，费用低廉。云服务改变了传统以个人计算机为基础的生产模式，最终改变人们获取信息、分享内容和互相沟通的方式。

在中小学教育中，师生使用价廉、便携、节能、减排的上网本（龙芯小电脑），配合云计算辅助教学的大规模教育资源建设，构成了高效、低碳型信息化教育体系，对于普及教育信息技术、构建低碳型教育具有十分重要的现实意义。

上个世纪80年代后，人们开始研究在教育中利用计算机来辅助教学（CAI），各级各类学校的教师为了提高教学效果和效率，利用计算机的存储、计算、呈现等功能，在课堂教学中更好地传递教学内容，例如，设计和使用课件，将讲授的教学内容化静为动，化小为大，变远为近，知识可视化；利用学习管理系统创建人机交互对话的学习环境，丰富教学资源等等。

2009年后，云计算走进了教育。据美国新媒体联盟（The New Media Consortium）与EDUCAUSE Learning Initiative联合发表的 2009年Horizon Report分析预测，云计算将在未来一、二年左右成为学校的主流技术，它将影响教师的教学方式和学生学习的方式。[12] 云计算在教育教学中的应用带来了云计算辅助教学的新概念：

云计算辅助教学（Cloud Computing Assisted Instructions，简称CCAI）是指学校和教师利用云计算提供的服务，构建个性化教学的信息化环境，支持教师的教学和学生的学习，提高教学质量。

云计算辅助教学作为一个新兴的学科研究领域，是信息化教育（教育技术）的新发展。云计算辅助教学属于计算机科学和教育科学的交叉领域，是在信息化环境下，研究云计算提供的服务在教育教学中的应用规律，它关注的是软技术，而非云计算的硬件技术，其核心是云计算服务支持的信息化教学设计。



发展云计算辅助教学，构建低碳型教育的建议

云计算辅助教学的核心是促进低碳型教育的社会化服务和协作学习的理念，将会带来教育在环境建设、资源建设、教学方式方面的变化。我国教育信息化与低碳型教育的发展，需要从过去事事都依靠学校自我建设的小生产方式转向基于云服务思路的社会化大生产模式。在信息化教育建设的硬件、软件、人力资源开发（教师培训）、管理等诸方面进行调整。

1．学校的信息化硬件环境建设够用、实用、社会化原则

根据云服务发展的特点，上网，宽带网、无线网络等将成为制约学校信息化的重要因素。各地要根据自己的条件，因地制宜发展硬件环境。在规划信息化环境的硬件配置时，要充分注意到云计算服务的发展趋势，学校教育信息化的硬件配置做到够用、实用、社会化为好。例如，学校无论是新购置计算机还是更新换代7-8年以前的旧台式计算机，可以充分考虑配置够用、实用、节能、价廉的上网本或者低价位的笔记本电脑，配合云计算辅助教学的教育资源建设，构成学校整体教育信息化系统。

2．教育资源建设要树立云服务理念，要克服凡事都要自己开发的小农经济思想，充分利用好已有的各种云服务资源，例如，腾讯QQ的各类社会化服务、百度的服务群，各类社会性软件，如好看簿、土豆网等，以及各种开源软件，如，Moodle等。

新型的教育资源建设要充分体现云服务、以用户为中心、互动性、参与性等特点，建立资源共享机制，使教育资源得到充分利用，真正成为师生共建共享的自己的教育资源。

3．教育技术机构建设从过去行政型转向服务型

经过改革开放30年的发展，我国已经建设了一个从中央到地方直至学校的教育技术管理机构，形成了超过十万人的教育技术专业人员队伍，这是中国教育发展史上一个显著的成就。

同时，我们也注意到，中国教育技术机构和队伍，是在从计划经济向社会主义市场经济发展的历史时期中建设起来的，因而主要为行政管理模式。存在的主要问题是，小生产管理，技术水平落后，效率低下。

面对云服务时代的到来，各级教育技术机构需要认真研究社会和技术正在发生的变化，主动采取改革措施，从行政型转向服务型，走向社会化管理。

教育技术机构的调整大致有三种情况：（1）充分利用全球的云服务，转变过去一切都靠自己开发的小生产模式；（2）将本地资源转化为云服务，对于已经十分成功的当地的教育资源，可以为更多的学校和教师提供服务，将原来仅仅为本校、本地服务的教育资源拓展为更多师生提供服务的云资源；（3）构建云—地中介服务，考虑到一些大公司建设的云计算服务（如Google教育套件）不可能细微到关注当地师生的具体需求和情感交流，当地教育机构需要为本地学校和教师构建云-地中介，也就是说，一方面充分利用云服务的软件和资源；另一方面，为本地学校教师提供交流的空间，形成当地信息化教育的文化圈。作为省市一级的教育技术机构，要充分利用云服务为当地学校和教师提供服务，成为当地教育的云计算辅助教学资源中心或者社区，构建当地学校和教师的生活情感圈，文化圈。例如，省市一级的电教馆、信息中心、网络中心，在做好行政管理工作的同时，积极为基层学校和教师提供多样化的服务，包括：

l         信息服务；

l         平台服务；

l         管理服务；

l         组织服务；

l         资源和软件的服务；

l         网络教研服务；

l         培训服务等……

4．教师教育技术能力培训的内容和载体的发展

低碳型教育和教育技术云服务的发展，对教师专业化发展影响很大,一方面教师拥有更多的机会使用社会化的云服务来丰富教学内容和策略；另一方面，教师需要学习掌握低碳型教育和云计算辅助教学的新理念和新方法，了解云时代学生的学习特点，学会利用社会化网络组织教学，能够根据学生的不同学习风格和水平进行分众传播，能够选择合适的媒介，按需提供更适合学生的个性化学习，利用云技术支持学生的学习和创新。

因此，教师培训内容、方式、组织结构都需要与时俱进，需要将低碳型教育和云计算辅助教学的要素融入教师专业化发展之中。各地可根据本地具体情况，对不同地区、学科、教龄的教师，分别提供菜单式或按需定制的内容，解决教师急需改善的教学、科研等问题。如帮助教师掌握使用Moodle、QQ空间、博客、wiki、Google教育套件、好看簿等社会化应用软件和服务改进教学。培训方式也可根据培训内容与该地区教师的具体情况进行调整，可利用体验式培训、同伴指导、项目学习或远程培训等。可以利用云服务平台，建设教师培训的微型课程，构建教师同伴互助的云环境，让教师学云技术、用云技术，在云服务环境中实现专业成长。

参考文献

[1] IPCC.ar4, http://www.ipcc.ch/pdf/assessmen ... f<2010/01/03>

[2] BlueSkyModel.org，

http://www.stewartmarion.com/carbon-footprint/html/carbon-footprint-stuff.html<2009/01/03>

[3] 中华人民共和国科技部《全民节能减排手册》2008,

http://www.most.gov.cn/ztzl/jqjnjp/qmjnjpsc/qmjnjpsc-ml.htm<2009/01/03>

[4] 台式计算机功率，http://zhidao.baidu.com/question/10986187.html<2009/01/03>

[5] 笔记本计算机功率，http://zhidao.baidu.com/question/106398321.html <2009/01/03>

[6] 上网本功率，http://publish.it168.com/2009/1026/20091026001607.shtml <2009/01/03>

[7] 服务器功率，http://product.thethirdmedia.com ... l<2009/01/03>

[8] 祝智庭.中国基教信息化新发展—绿色班班通在行动.PPT，中国教育技术协会2009年会（福州）报告，2009年12月4日.

[9] 潘峤.社会责任投资新主题-消除你的碳足迹,解放日报,

http://www.jfdaily.com/a/792316.htm,<2010/01/02>

[10] Wikipedia，Cloud computing，http://en.wikipedia.org/wiki/Cloud_computing#History

[11] Google中国研究院副院长张智威，从云计算时代的社交网络平台和技术，SEWM2008大会报告，

http://www.jxnu.edu.cn/sewm2008/SEWM2008%B4%F3%BB%E1%B1%A8%B8%E6.htm

[12] The New Media Consortium and the EDUCAUSEAUSE Learning Initiative An EDU CAUSEAUSE Program，The Horizon Report (2009 Edition)，http://wp.nmc.org/horizon2009/