＊王磊 张勇 洪磊 叶劲松 刘盛萍

（1.合肥学院 生物食品与环境学院 安徽 230601 2.合肥环境工程研究院 安徽 230601 3.安徽省固体废弃物能源化利用工程技术研究中心 安徽 230601）

1.引言

2019年我国大、中城市生活垃圾产生量为23560.2万吨，处理量23487.2万吨，处理率达99.7%[1]，垃圾资源化利用率约为50%[2]，为了实现2025年年底，全国城市生活垃圾资源化利用率达到60%的目标[2]，我国迫切需求固体废物处理与处置技术领域创新人才。《固体废弃物处理与处置》实验（以下简称“固废实验”）作为环境工程专业必修课程之一，具有较强的实践操作性和实用性，是理论知识实践过渡的重要环节，对培养创新精神和学生解决问题的能力有着举足轻重的作用[3-5]，因此实践教学过程设计是否合理和科学直接影响到教学效果。目前不少高校固废实验教学采用以教师为中心，“保姆式”授课方式，学生只是按照实验教师设计好的实验流程机械操作，缺乏独立思考，这种教学方式严重忽视了学生创新能力的培养。

PBL（Problem-Based Learning）教学法即基于问题的教学方法。起源于20世纪50年代的医学教育[6]。该教学法不同于传统教学，它是一种以学生为主体、以研究领域内的各类问题为学习导向，让学生围绕问题寻求解决途径的一种学习方法。教师在教学过程中的主要职责是提出问题、设计课程以及评估结果。PBL教学法能够提升学生学习的主动性，提高学生在教学过程中的参与程度，激发学生的求知欲和创新思维[7-9]。这种教学方法对教师的要求较高，教师必须具备较强的课堂掌控能力和引导能力。文中将PBL教学法引入到固废实验教学中，以提高学生的学习积极性和主动性，保证实验教学效果。

2.当前实验教学存在的问题

(1)实验内容缺乏系统性

很多高校的固废实验课程内容设置多为污泥的TOC测定、固废物热值测定、生活垃圾渗滤液测定等，实验仅侧重指标的检测，并没有对这些实验内容进行有机的整合。通常实验教学中涉及固废有污泥、生活垃圾、餐厨垃圾等，种类偏多，而固废实验学时有限，学生对各类固体废物处理与处置的理解只能浅尝辄止。这与固废实验教学的初衷是背道而驰的。另外，在固废实验过程中，学生90%以上的时间是在实验室完成给定的固废样品进行若干指标的检测，对检测指标的环境意义及指标之间的相互关联性知之甚少，甚至对固废样品的采集和预处理也是一无所知，这种固废实验课程体系是不健全的，是缺乏系统性设计与思考的。

(2)实验教学过程学生缺乏互动交流，参与度低

传统的实验教学通常是以教师为中心，实验课程开始前，实验教师将固废实验所涉及的实验环节编制成详细的实验指导说明书发给学生，让学生进行课前预习。然而，这种看似合理的课前安排，却促成学生在思想上和实践中偷懒的事实。学生得到这种实验指导说明书后，课前预习已然成为多余，学生只需按图索骥，按照实验指导说明书内容完成实验。实验过程中所用的化学试剂和实验样品通常是由几名学生代表在实验教学开始前准备齐全。实验教学开始时，学生仅仅做些诸如称量、滴定及实验数据记录等基础性工作即可完成实验。这种“教师包办”的实验，学生与教师交流很少，学生与学生之间缺乏互动交流，学生参与度低，限制了学生的主观能动性和知识综合运用能力。

(3)实验考核方式不合理

考核是激发学生学习动力的手段，对实验有重要的导向作用[10]。传统的实验教学考核评定项通常把实验报告列为主要考核项，再从考勤情况、实验操作、课前预习等次要考核项中选择两三项进行加权求和，即为学生的实验最终成绩。这种考核方式存在诸多问题：首先，考勤情况无法真实反映学生投入实验的工作量；其次，传统的实验教学模式使得实验操作和课前预习都流于形式，难以真实全面地反映学生的实验操作水平及相关知识点的掌握情况，实验过程中存在一些学生对整个实验过程准备不足，完全依靠本组其他同学，自己只是充当一名旁观者；最后，作为主要考核项的实验报告普遍存在实验小组内相互抄袭，往往只能依靠实验报告书写的整洁情况进行给分。这种考核方式无法调动学生主动学习，也不能培养学生的独立思考和分析问题的能力。

3.PBL教学法的实施

(1)教学案例的设计

PBL教学的核心即问题的设置，它需要先由教师提出问题，为学生创设情境，并以该问题为中心，组织学生调查研究，引导学生在解决问题的过程中学习知识并获得技能，促进学生思维的发展[11]。好的问题可极大地引发学生的求知欲，而设置不佳的问题却会使学生感觉课堂枯燥、无味，丧失学习兴趣。问题的设置应遵循以下原则[12-13]：问题的设置要以实验课程教学目标为基础，并结合实验特点、学生知识结构水平精心选择问题；问题应与现实生活紧密联系，以培养学生解决实际问题的能力，也更容易激发学生的学习兴趣，积极主动解决问题；问题应难易适中，问题设置偏难或过于简单都不能最大化激发学生去主动学习。问题的设计要符合维果茨基提出的“最近发展区”原则，要略高于学生的原有知识水平和认知。

针对固废实验课程内容，学校设计了“合肥市城市生活垃圾资源环境属性研究”的案例。将固废实验课程涉及的知识点，如固废全元素的测定、热值测定、含水率测定、渗滤液测定等，通过精心设计的问题将这些知识点连点成线，学生们以问题为导向，以小组为单位探究解决问题的思路和方法，并制订切实可行的实验方案，进而完成固废实验的教学任务。

①如何提高生活垃圾的资源化利用率？问题的设计目的是激发学生的发散性思维，可以从政策引导、垃圾管理、垃圾物化指标、居民分类意识等多角度开展文献调研和交流讨论，从而对生活垃圾的资源化利用率有着更为深刻和全面的认识。

②垃圾物化指标的含义及测定原理是什么？问题的设计引出固废实验教学的内容，其目的是让学生了解垃圾特性指标的测定包括了样品的采集、预处理、测定原理的探究与思考、指标之间的关联性探讨，以及指标对资源化利用率的影响。学生解决问题的过程，也是探究垃圾物化指标与垃圾资源环境属性之间关联度的过程。

另外，固废实验课程采用的教学案例均源自真实项目，真题真做。2005年，合肥学院在欧盟—亚洲链项目资助下，由中、德、奥、泰四国高校共建了环境工程本科专业，该专业秉承合肥学院“地方性、应用型、国际化”的办学定位，借鉴欧洲先进的垃圾分类及管理理念，协助合肥市城市管理局开展了垃圾分类宣传教育活动和城市生活垃圾组分分析工作，十几年如一日，与政府相关职能部门及十几家优秀环保企业密切合作。2015年合肥学院还成功获批安徽省城市固体废弃物处理创新团队。这些都是固废实验课程教学案例的数量和质量的保证。

(2)研究团队的组建

“以学生为中心”是PBL教学的核心要素之一。学生三四人作为一个团队，设团队负责人1名，团队负责人带领团队成员搜集整理相关资料并对案例设计中的问题进行探究，制定实验方案。在整个研讨过程中，教师不要有过多的参与，适时引导学生讨论方向并进行必要的释疑即可。“以学生为主体”能激发学生的主人翁意识，学生更加关心项目进度。学生如果无法根据自己的判断去解决问题，就会使学生觉得在完成作业或者按照指令完成项目而已。学生应尽可能参与到项目的各个环节，从提出问题到文献资料调研，再到团队的成员分工，以及最终方案的确定。另外，还有一个关键点，即要求每个团队都要进行方案的PPT汇报，教师鼓励学生汇报时尽量用学术语言。PPT汇报通过以教促学[14]的方式，在提高学生学习积极性的同时也锻炼了其逻辑推理、归纳总结、口头表达的能力。

(3)实验的开展

在教师的引导和协助下，根据团队交流讨论和教师指导后的实验方案开展实验，教师现场引导。团队通过实际操作去验证方案设计的合理性，对方案存在的一些不足再次进行修正和完善，同时对实验的结果进行统计和分析，总结合肥市城市生活垃圾的资源环境属性，针对性地提出生活垃圾的资源化途径。这种方式可以充分调动学生解决问题的积极性，激发学习兴趣、增强学习效果。

(4)考核方案的确定

为了全面客观地衡量学生的理论知识掌握情况和综合素质能力水平，同时最大程度地激发学生的学习动力，考核从四个方面进行，分别为实验方案（方案的科学性、合理性、可行性占20%）、PPT汇报（PPT制作、现场表现、听众反馈占20%）、交流讨论（10%）和实验报告（实验操作、实验数据处理与分析、总结占50%）。这里着重对考核占比最大的实验报告进行说明：①实验操作，主要包括实验操作过程中团队成员分工是否合理、高效？实验操作上是否规范？②实验数据处理与分析，主要包括数据处理方法是否科学？相关图表绘制是否规范？数据分析是否全面且有深度，是否通过实验数据分析出其内在关联？③总结，主要包括在实验过程中需要注意的事项，以及存在的问题及解决方法；实验结果的凝练与总结；实验感悟与收获，可以从学习方法、团队合作、专业知识等方面进行总结。

(5)教学效果评价

为了客观地评价PBL教学效果，这里针对2017级环境工程专业本科生固废实验教学效果（传统教学模式）和2018级环境工程专业本科生固废实验教学效果（PBL教学模式）采取期末综合测评的方式进行评价。PBL教学与传统教学模式下教学效果比较见表1。

表1 PBL教学与传统教学模式下教学效果比较Tab.1 Comparison of teaching effect between traditional teaching and PBL teaching method

从表1可以看出，2017级和2018级环境工程专业本科生的期末综合测评平均成绩分别为80.21分和82.28分，PBL教学效果整体上优于传统教学模式；另外，在PBL教学模式下，成绩为优秀和良好的学生占比明显高于传统教学模式，且2018级的期末综合测评为及格的学生占比为0.00。由此可见，PBL教学模式有效促进了学生整体水平的提升，这充分体现了PBL教学模式采取的讨论、实践、PPT汇报等主动学习方式显著优于传统教学模式下的被动学习方式[15]。

4.小结

PBL教学法通过学生的主动学习和交流探讨来解决问题，激发学生的学习兴趣，从而学习问题背后的科学知识，连点成线，形成解决问题的技能，同时培养学生自主学习的能力、实践能力和团队合作精神。实践表明，在固废实验教学中，PBL教学法提高了学生自主学习意识，学生的主动性被激发，学生的团队意识、沟通能力等综合素质也得到显著提升。

PBL教学法在实施过程中也面临着一些问题：教师资源和教学时间投入量较大的问题，教师需要视具体情况进行考虑；部分考核项是以团队成绩作为团队成员的成绩，考核的准确度有待进一步提高。