＊王磊 張勇 洪磊 葉勁松 劉盛萍

（1.合肥學(xué)院 生物食品與環(huán)境學(xué)院 安徽 230601 2.合肥環(huán)境工程研究院 安徽 230601 3.安徽省固體廢棄物能源化利用工程技術(shù)研究中心 安徽 230601）

1.引言

2019年我國(guó)大、中城市生活垃圾產(chǎn)生量為23560.2萬噸，處理量23487.2萬噸，處理率達(dá)99.7%[1]，垃圾資源化利用率約為50%[2]，為了實(shí)現(xiàn)2025年年底，全國(guó)城市生活垃圾資源化利用率達(dá)到60%的目標(biāo)[2]，我國(guó)迫切需求固體廢物處理與處置技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新人才?！豆腆w廢棄物處理與處置》實(shí)驗(yàn)（以下簡(jiǎn)稱“固廢實(shí)驗(yàn)”）作為環(huán)境工程專業(yè)必修課程之一，具有較強(qiáng)的實(shí)踐操作性和實(shí)用性，是理論知識(shí)實(shí)踐過渡的重要環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新精神和學(xué)生解決問題的能力有著舉足輕重的作用[3-5]，因此實(shí)踐教學(xué)過程設(shè)計(jì)是否合理和科學(xué)直接影響到教學(xué)效果。目前不少高校固廢實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用以教師為中心，“保姆式”授課方式，學(xué)生只是按照實(shí)驗(yàn)教師設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)流程機(jī)械操作，缺乏獨(dú)立思考，這種教學(xué)方式嚴(yán)重忽視了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)法即基于問題的教學(xué)方法。起源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育[6]。該教學(xué)法不同于傳統(tǒng)教學(xué)，它是一種以學(xué)生為主體、以研究領(lǐng)域內(nèi)的各類問題為學(xué)習(xí)導(dǎo)向，讓學(xué)生圍繞問題尋求解決途徑的一種學(xué)習(xí)方法。教師在教學(xué)過程中的主要職責(zé)是提出問題、設(shè)計(jì)課程以及評(píng)估結(jié)果。PBL教學(xué)法能夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生在教學(xué)過程中的參與程度，激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新思維[7-9]。這種教學(xué)方法對(duì)教師的要求較高，教師必須具備較強(qiáng)的課堂掌控能力和引導(dǎo)能力。文中將PBL教學(xué)法引入到固廢實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2.當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

(1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性

很多高校的固廢實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)置多為污泥的TOC測(cè)定、固廢物熱值測(cè)定、生活垃圾滲濾液測(cè)定等，實(shí)驗(yàn)僅側(cè)重指標(biāo)的檢測(cè)，并沒有對(duì)這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)的整合。通常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中涉及固廢有污泥、生活垃圾、餐廚垃圾等，種類偏多，而固廢實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限，學(xué)生對(duì)各類固體廢物處理與處置的理解只能淺嘗輒止。這與固廢實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初衷是背道而馳的。另外，在固廢實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生90%以上的時(shí)間是在實(shí)驗(yàn)室完成給定的固廢樣品進(jìn)行若干指標(biāo)的檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)指標(biāo)的環(huán)境意義及指標(biāo)之間的相互關(guān)聯(lián)性知之甚少，甚至對(duì)固廢樣品的采集和預(yù)處理也是一無所知，這種固廢實(shí)驗(yàn)課程體系是不健全的，是缺乏系統(tǒng)性設(shè)計(jì)與思考的。

(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程學(xué)生缺乏互動(dòng)交流，參與度低

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常是以教師為中心，實(shí)驗(yàn)課程開始前，實(shí)驗(yàn)教師將固廢實(shí)驗(yàn)所涉及的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)編制成詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說明書發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。然而，這種看似合理的課前安排，卻促成學(xué)生在思想上和實(shí)踐中偷懶的事實(shí)。學(xué)生得到這種實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說明書后，課前預(yù)習(xí)已然成為多余，學(xué)生只需按圖索驥，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說明書內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中所用的化學(xué)試劑和實(shí)驗(yàn)樣品通常是由幾名學(xué)生代表在實(shí)驗(yàn)教學(xué)開始前準(zhǔn)備齊全。實(shí)驗(yàn)教學(xué)開始時(shí)，學(xué)生僅僅做些諸如稱量、滴定及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄等基礎(chǔ)性工作即可完成實(shí)驗(yàn)。這種“教師包辦”的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生與教師交流很少，學(xué)生與學(xué)生之間缺乏互動(dòng)交流，學(xué)生參與度低，限制了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和知識(shí)綜合運(yùn)用能力。

(3)實(shí)驗(yàn)考核方式不合理

考核是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的手段，對(duì)實(shí)驗(yàn)有重要的導(dǎo)向作用[10]。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)定項(xiàng)通常把實(shí)驗(yàn)報(bào)告列為主要考核項(xiàng)，再從考勤情況、實(shí)驗(yàn)操作、課前預(yù)習(xí)等次要考核項(xiàng)中選擇兩三項(xiàng)進(jìn)行加權(quán)求和，即為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)最終成績(jī)。這種考核方式存在諸多問題：首先，考勤情況無法真實(shí)反映學(xué)生投入實(shí)驗(yàn)的工作量；其次，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式使得實(shí)驗(yàn)操作和課前預(yù)習(xí)都流于形式，難以真實(shí)全面地反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作水平及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，實(shí)驗(yàn)過程中存在一些學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程準(zhǔn)備不足，完全依靠本組其他同學(xué)，自己只是充當(dāng)一名旁觀者；最后，作為主要考核項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告普遍存在實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)相互抄襲，往往只能依靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫的整潔情況進(jìn)行給分。這種考核方式無法調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，也不能培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和分析問題的能力。

3.PBL教學(xué)法的實(shí)施

(1)教學(xué)案例的設(shè)計(jì)

PBL教學(xué)的核心即問題的設(shè)置，它需要先由教師提出問題，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，并以該問題為中心，組織學(xué)生調(diào)查研究，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)習(xí)知識(shí)并獲得技能，促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展[11]。好的問題可極大地引發(fā)學(xué)生的求知欲，而設(shè)置不佳的問題卻會(huì)使學(xué)生感覺課堂枯燥、無味，喪失學(xué)習(xí)興趣。問題的設(shè)置應(yīng)遵循以下原則[12-13]：?jiǎn)栴}的設(shè)置要以實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)目標(biāo)為基礎(chǔ)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)、學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)水平精心選擇問題；問題應(yīng)與現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系，以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，也更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，積極主動(dòng)解決問題；問題應(yīng)難易適中，問題設(shè)置偏難或過于簡(jiǎn)單都不能最大化激發(fā)學(xué)生去主動(dòng)學(xué)習(xí)。問題的設(shè)計(jì)要符合維果茨基提出的“最近發(fā)展區(qū)”原則，要略高于學(xué)生的原有知識(shí)水平和認(rèn)知。

針對(duì)固廢實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，學(xué)校設(shè)計(jì)了“合肥市城市生活垃圾資源環(huán)境屬性研究”的案例。將固廢實(shí)驗(yàn)課程涉及的知識(shí)點(diǎn)，如固廢全元素的測(cè)定、熱值測(cè)定、含水率測(cè)定、滲濾液測(cè)定等，通過精心設(shè)計(jì)的問題將這些知識(shí)點(diǎn)連點(diǎn)成線，學(xué)生們以問題為導(dǎo)向，以小組為單位探究解決問題的思路和方法，并制訂切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)而完成固廢實(shí)驗(yàn)的教學(xué)任務(wù)。

①如何提高生活垃圾的資源化利用率？問題的設(shè)計(jì)目的是激發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維，可以從政策引導(dǎo)、垃圾管理、垃圾物化指標(biāo)、居民分類意識(shí)等多角度開展文獻(xiàn)調(diào)研和交流討論，從而對(duì)生活垃圾的資源化利用率有著更為深刻和全面的認(rèn)識(shí)。

②垃圾物化指標(biāo)的含義及測(cè)定原理是什么？問題的設(shè)計(jì)引出固廢實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，其目的是讓學(xué)生了解垃圾特性指標(biāo)的測(cè)定包括了樣品的采集、預(yù)處理、測(cè)定原理的探究與思考、指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性探討，以及指標(biāo)對(duì)資源化利用率的影響。學(xué)生解決問題的過程，也是探究垃圾物化指標(biāo)與垃圾資源環(huán)境屬性之間關(guān)聯(lián)度的過程。

另外，固廢實(shí)驗(yàn)課程采用的教學(xué)案例均源自真實(shí)項(xiàng)目，真題真做。2005年，合肥學(xué)院在歐盟—亞洲鏈項(xiàng)目資助下，由中、德、奧、泰四國(guó)高校共建了環(huán)境工程本科專業(yè)，該專業(yè)秉承合肥學(xué)院“地方性、應(yīng)用型、國(guó)際化”的辦學(xué)定位，借鑒歐洲先進(jìn)的垃圾分類及管理理念，協(xié)助合肥市城市管理局開展了垃圾分類宣傳教育活動(dòng)和城市生活垃圾組分分析工作，十幾年如一日，與政府相關(guān)職能部門及十幾家優(yōu)秀環(huán)保企業(yè)密切合作。2015年合肥學(xué)院還成功獲批安徽省城市固體廢棄物處理創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。這些都是固廢實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)案例的數(shù)量和質(zhì)量的保證。

(2)研究團(tuán)隊(duì)的組建

“以學(xué)生為中心”是PBL教學(xué)的核心要素之一。學(xué)生三四人作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)，設(shè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人1名，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員搜集整理相關(guān)資料并對(duì)案例設(shè)計(jì)中的問題進(jìn)行探究，制定實(shí)驗(yàn)方案。在整個(gè)研討過程中，教師不要有過多的參與，適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生討論方向并進(jìn)行必要的釋疑即可。“以學(xué)生為主體”能激發(fā)學(xué)生的主人翁意識(shí)，學(xué)生更加關(guān)心項(xiàng)目進(jìn)度。學(xué)生如果無法根據(jù)自己的判斷去解決問題，就會(huì)使學(xué)生覺得在完成作業(yè)或者按照指令完成項(xiàng)目而已。學(xué)生應(yīng)盡可能參與到項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)，從提出問題到文獻(xiàn)資料調(diào)研，再到團(tuán)隊(duì)的成員分工，以及最終方案的確定。另外，還有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，即要求每個(gè)團(tuán)隊(duì)都要進(jìn)行方案的PPT匯報(bào)，教師鼓勵(lì)學(xué)生匯報(bào)時(shí)盡量用學(xué)術(shù)語言。PPT匯報(bào)通過以教促學(xué)[14]的方式，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)也鍛煉了其邏輯推理、歸納總結(jié)、口頭表達(dá)的能力。

(3)實(shí)驗(yàn)的開展

在教師的引導(dǎo)和協(xié)助下，根據(jù)團(tuán)隊(duì)交流討論和教師指導(dǎo)后的實(shí)驗(yàn)方案開展實(shí)驗(yàn)，教師現(xiàn)場(chǎng)引導(dǎo)。團(tuán)隊(duì)通過實(shí)際操作去驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)方案存在的一些不足再次進(jìn)行修正和完善，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，總結(jié)合肥市城市生活垃圾的資源環(huán)境屬性，針對(duì)性地提出生活垃圾的資源化途徑。這種方式可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生解決問題的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

(4)考核方案的確定

為了全面客觀地衡量學(xué)生的理論知識(shí)掌握情況和綜合素質(zhì)能力水平，同時(shí)最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，考核從四個(gè)方面進(jìn)行，分別為實(shí)驗(yàn)方案（方案的科學(xué)性、合理性、可行性占20%）、PPT匯報(bào)（PPT制作、現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)、聽眾反饋占20%）、交流討論（10%）和實(shí)驗(yàn)報(bào)告（實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析、總結(jié)占50%）。這里著重對(duì)考核占比最大的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行說明：①實(shí)驗(yàn)操作，主要包括實(shí)驗(yàn)操作過程中團(tuán)隊(duì)成員分工是否合理、高效？實(shí)驗(yàn)操作上是否規(guī)范？②實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析，主要包括數(shù)據(jù)處理方法是否科學(xué)？相關(guān)圖表繪制是否規(guī)范？數(shù)據(jù)分析是否全面且有深度，是否通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析出其內(nèi)在關(guān)聯(lián)？③總結(jié)，主要包括在實(shí)驗(yàn)過程中需要注意的事項(xiàng)，以及存在的問題及解決方法；實(shí)驗(yàn)結(jié)果的凝練與總結(jié)；實(shí)驗(yàn)感悟與收獲，可以從學(xué)習(xí)方法、團(tuán)隊(duì)合作、專業(yè)知識(shí)等方面進(jìn)行總結(jié)。

(5)教學(xué)效果評(píng)價(jià)

為了客觀地評(píng)價(jià)PBL教學(xué)效果，這里針對(duì)2017級(jí)環(huán)境工程專業(yè)本科生固廢實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果（傳統(tǒng)教學(xué)模式）和2018級(jí)環(huán)境工程專業(yè)本科生固廢實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果（PBL教學(xué)模式）采取期末綜合測(cè)評(píng)的方式進(jìn)行評(píng)價(jià)。PBL教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式下教學(xué)效果比較見表1。

表1 PBL教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式下教學(xué)效果比較Tab.1 Comparison of teaching effect between traditional teaching and PBL teaching method

從表1可以看出，2017級(jí)和2018級(jí)環(huán)境工程專業(yè)本科生的期末綜合測(cè)評(píng)平均成績(jī)分別為80.21分和82.28分，PBL教學(xué)效果整體上優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式；另外，在PBL教學(xué)模式下，成績(jī)?yōu)閮?yōu)秀和良好的學(xué)生占比明顯高于傳統(tǒng)教學(xué)模式，且2018級(jí)的期末綜合測(cè)評(píng)為及格的學(xué)生占比為0.00。由此可見，PBL教學(xué)模式有效促進(jìn)了學(xué)生整體水平的提升，這充分體現(xiàn)了PBL教學(xué)模式采取的討論、實(shí)踐、PPT匯報(bào)等主動(dòng)學(xué)習(xí)方式顯著優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式下的被動(dòng)學(xué)習(xí)方式[15]。

4.小結(jié)

PBL教學(xué)法通過學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和交流探討來解決問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而學(xué)習(xí)問題背后的科學(xué)知識(shí)，連點(diǎn)成線，形成解決問題的技能，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。實(shí)踐表明，在固廢實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，PBL教學(xué)法提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)，學(xué)生的主動(dòng)性被激發(fā)，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、溝通能力等綜合素質(zhì)也得到顯著提升。

PBL教學(xué)法在實(shí)施過程中也面臨著一些問題：教師資源和教學(xué)時(shí)間投入量較大的問題，教師需要視具體情況進(jìn)行考慮；部分考核項(xiàng)是以團(tuán)隊(duì)成績(jī)作為團(tuán)隊(duì)成員的成績(jī)，考核的準(zhǔn)確度有待進(jìn)一步提高。