基于系统动力学的学生群体垃圾分类行为影响因素研究

张冬咏， 刘凌怡， 李 文

（1.河南农业大学信息与管理科学学院，郑州 450046； 2.河南农业大学农学院，郑州 450046）

20世纪以来，环境问题一直是全球密切关注的问题之一，随着全球经济的发展和人类生活水平的提高，资源消耗在不断增加的同时垃圾产量剧增. 大量垃圾不仅占用了土地资源，还加大了空气污染和水资源污染的风险，威胁着人们的健康安全，垃圾问题已经成为各国环境保护建设中不可避免的难题. 要想实现垃圾源头减量，减少环境污染，实行垃圾分类迫在眉睫. 为了完善社会垃圾处理体系，解决垃圾处理问题，许多学者从心理学、行为学和社会学的角度对垃圾分类行为的影响因素进行了研究，但大多数的研究都以居民和社区为主，只有少数涉及校园学生.

首先，有学者在对居民垃圾分类行为的研究中发现，环境意识会影响对人的环境行为［1］，具有亲环境态度的居民更容易发生亲环境行为［2］. 其次，一些外部情景因素也会影响人们的垃圾分类行为，Nguyen等［3］在研究越南居民的垃圾分类意愿影响因素时就发现，分类设施的完善程度和政策保障力度与居民的垃圾分类行为呈正相关关系；陈绍军等［4］和邱成梅［5］认为完善的垃圾回收机制和政策法规能有效引导居民的垃圾分类行为，提高居民对垃圾分类的重视程度；邓俊等［6］通过对北京市分类示范区的居民调查发现，知晓率是影响分类正确率和投放正确率的重要因素；许金红［7］针对北京市和西安市在垃圾分类回收管理中存在的问题，提出了加强宣传教育力度的政策建议. 因此一个良好的垃圾分类环境，是垃圾分类行为产生的前提. 最后，有学者从教育的角度研究发现，环境知识教育可以让学生形成积极的环境态度以促进其产生预期的环境行为［8］.学校实施垃圾分类回收不仅有利于当前的废物管理，还影响着学生未来的分类意识和行为［9］，使他们在未来有能力成为环境保护的支持者［10］. 不仅如此，学校还可以通过对学生的垃圾分类教育进而影响其家庭成员的垃圾分类行为［11］，因此学校积极开展垃圾分类知识教育，不但能培养学生的垃圾分类能力，还能达到以点带面的效果，进一步影响一个家庭乃至整个社会居民的垃圾分类意识，为建设可持续发展社会提供动力.

如今中国特色社会主义进入新的发展阶段，环境素养是每个公民都应具备的基本修养，环境可持续发展的教育在我国生态文明建设中必不可少. 2018年教育部办公厅等六部门发布的《关于在学校推进生活垃圾分类管理的通知》中指出，各地教育部门和学校应该在当地人民政府的统一部署下，有序地开展生活垃圾分类投放、收集、贮存工作，通过多种形式全面开展生活垃圾分类知识教育工作. 学生作为国家和民族的未来，从小培养良好的环境意识和环境保护能力，养成终身垃圾分类的习惯，对于实现社会的可持续发展有着十分重要的意义.

但据调研的结果来看，即使学校向学生普及过垃圾分类知识，学生的垃圾分类参与度并不高，可见学校的教育并不能彻底改善学生的垃圾分类情况. 家庭环境作为除校园外学生生活的重要部分，对其行为的养成有着重要的影响作用. 但在为数不多的研究学生垃圾分类行为的文献中，大多是从加强学校教育的角度进行研究，很少涉及家庭和学校内其他因素——如分类设施、监管力度和家庭成员的分类行为等因素的影响. 因此为探究学校和家庭因素对学生垃圾分类行为的影响作用，采用主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）与系统动力学（System Dynamics，SD）仿真相结合的方法，筛选了影响学生垃圾分类行为的主要因素，并构建了学生垃圾分类行为的影响因素SD模型. 通过因果关系分析和动态仿真分析，找出各因素之间的作用机理，进而为校园开展垃圾分类环境教育工作，提供理论建议和决策依据.

1 学生群体垃圾分类行为影响因素的SD研究

SD作为定性和定量相结合的系统综合推理方法［12］，被广泛运用于企业、生态、社会、农业、政治和环境系统. 当前国内外的许多学者利用SD方法来研究固体废物管理问题. Dyson和Chang等［13］利用SD方法对快速增加的城市固废产量进行了仿真研究；毕贵红和王华［14］通过对不同政策组合下的固体废弃物管理进行SD仿真，发现想要实现固废管理的可持续发展，必须在源头上加强政策实施力度以减少废物产生；蔡琳［15］运用SD方法初步研究了北京市的城市生活垃圾管理问题；钟永光等［16］以废旧电视机为例，运用SD方法探究了促进回收小商贩参与环保拆解废弃家电的激励政策. 综上可知，利用SD方法来研究固废管理问题有利于及时了解问题的发展趋势，为政策的实施提供参考依据.

1.1 数据的收集和变量的确定

1.1.1 问卷调研 随机选取江西省的中小学生进行问卷调查. 按小学、初中和高中分层次抽样的方法，发放问卷630 份，问卷回收率为97.2%. 各年级学生人数差别不大，小学、初中、高中占比分别为37%、34%、28%，男生占52%，女生占48%，如图1. 因此问卷用于研究中小学生的垃圾分类行为是具有一定随机性和代表性的.

图1 人口特征Fig.1 Demographic characteristics

1.1.2 信度和效度检验 为了确保问卷数据的真实性和有效性，运用了SPSS26 软件对问卷数据进行了信度和效度的检验. 首先采用内部一致性系数检验对问卷的内部一致性进行了检验，得到的Cronbachα系数为0.719＞0.7，表明此问卷具有一定的可靠性. 然后进行了KMO和Bartlett球形度检验，结果显示KMO值为0.777＞0.7，Bartlett球形度检验卡方统计值为3 069.720，自由度为378，且显著性水平小于0.01，表明问卷数据通过了效度检验，各变量之间具有一定的相关性，且适合用PCA法分析.

1.1.3 主成分分析（PCA） 影响学生分类行为的因素众多，为了简化建模过程，进一步辨别这些因素间的逻辑关系，采用PCA法对这些影响因素进行了降维处理，基于PCA 原理的算法框图，如图2所示. 各影响因素名称及其权重见表1.

图2 算法框图Fig.2 Algorithm block diagram

表1 影响因素权重Tab.1 Weights of influential factors

1.2 学生群体垃圾分类行为SD模型构建

1.2.1 确定假设变量以及系统边界 将提取的9个主要影响因素作为模型的关键变量，并建立SD模型. 模型的有关假设如下.

假设1：由于学生群体的特殊性，人际关系较简单，因此只考虑学校和家庭两个环境对学生的影响作用，即家庭因素和学校因素对学生垃圾分类行为的影响.

假设2：在进行家庭因素和学校因素对比时，学校因素主要考虑的是监管力度、教育力度、宣传力度以及分类设施的完善程度. 家庭因素主要考虑家庭成员的分类行为对学生分类行为产生的影响.

假设3：为了比较分析不同影响因素下学生分类行为变化趋势，需要通过改变变量的赋值来进行模型的仿真模拟. 结合调研实际，对部分变量定义情况如下，见表2.

表2 变量自定义Tab.2 Definitions of variables

1.2.2 因果回路图 环境知识的水平是环境保护态度和行为的基础，其与环境教育的强度密切相关，拥有正确环境价值观的个人在生态文明行为方面的表现情况呈现较好的趋势［17-18］，而学生对环境知识的学习主要来源于家庭和学校的教育［19］. 因此，学校和家庭对于学生垃圾分类行为的影响作用至关重要，结合调研实际情况以及前文对中小学生垃圾分类行为影响因素的分析结果，构建了学生垃圾分类行为影响因素因果关系模型，如图3所示. 在此模型中反馈回路主要分为家庭因素影响作用和学校因素影响作用两部分，如图4所示.

图3 因果回路图Fig.3 Causality loop diagram

图4 模型主要反馈结构Fig.4 Main feedback structure of the model

图4 a为家庭因素对学生垃圾分类行为影响作用的反馈回路，其中包含两个反馈回路，回路一为正反馈结构：垃圾分类行为→+家庭分类行为→+家庭因素→+学生分类意愿→+参与分类的人数→+垃圾分类行为；回路二为负反馈回路：垃圾分类行为→-学校分类工作投入力度→+家庭分类行为→+家庭因素→+学生分类意愿→+参与分类的人数→+垃圾分类行为. 其中学校加大分类工作的投入力度，会引起家庭对垃圾分类的重视，进一步促进家庭分类行为对学生的分类意愿的影响作用，从而促进学生的分类行为，同时学生分类行为的变化也会影响着家庭的分类行为和学校工作的进一步实施.

图4 b为学校因素对学生垃圾分类行为的影响作用的反馈回路，其中包含两个回路，回路一为负反馈结构：垃圾分类行为→-学校分类工作投入力度→+学校因素→+学生分类意愿→+参与分类的人数→+垃圾分类行为；回路二为负反馈结构：垃圾分类行为→-学校分类工作投入力度→+学校因素→+设施完善程度→-学生分类成本感知→-学生分类意愿→+参与分类的人数→+垃圾分类行为. 学校垃圾分类工作投入力度正面促进了学校因素对学生垃圾分类行为的影响作用，其中学校分类设施完善程度的提高，使学生更便于进行垃圾分类，从而降低了学生对进行分类的成本感知，提高了分类意愿.

综上所述，学生的垃圾分类意愿主要来自学校和家庭两个环境的影响作用. 学校和家庭给学生创造了分类的条件，规范了学生的分类行为，普及了分类的有关知识，对学生的分类意愿具有正向影响，而学生的分类意愿也直接决定了学生的分类行为. 同时学校可以根据学生的分类行为的反馈，继续部署有关学生垃圾分类教育的工作.

1.2.3 模型流图 根据计划行为理论可知，意愿是行为的最佳预测因素［20］，学生的分类行为会受其分类意愿的影响作用. 分类意愿越高，进行垃圾分类的可能性就越大. 根据因果回路图分析的结果，本研究运用VENSIM软件构建了模型的存量流图，如图5所示. 模型的运行时间为2006—2025年，仿真步长为1年.

图5 存量流图Fig.5 Stock flow chart

1.2.4 变量及方程的确定该模型的关键变量有学校因素、家庭因素、分类人数和分类行为等，主要描述见表3. 数据来源方式主要有2006—2019 年的《中国统计年鉴》中江西省数据，参考现有文献并结合调研了解到的实际情况以及采用SD-GM方法理论［21］进行数据预测.模型中行为转化比率参考了学生分类意愿对分类行为的影响权重；设施完善程度（下文简称设施）、宣传力度（下文简称宣传）、教育力度（下文简称教育）、学校监管力度（下文简称监管）和家庭分类行为（下文简称家庭）这几类变量的初值设定参考前文的调研实情.

表3 变量的类型和函数关系Tab.3 Types and functional relationships of variables

根据实际调研数据显示，每次都会进行垃圾分类的学生家长人数仅占12.4%，每次都会进行垃圾分类学生人数占比约为20.3%，认为学校的分类设施完善、有监督学生的垃圾分类行为以及对学生开展垃圾分类教育的分别占比约为26.7%、19.4%和21.6%.

从数据分析可知，目前家庭和学生分类行为还比较少，学校的分类设施建设以及对学生开展的垃圾分类教育、监管等工作的执行情况并不乐观. 因此设学生的分类行为、家庭、设施、教育和监管初值为0.1，变化范围为［0，1］. 此外，尽管有94%的学生知道什么是垃圾分类，但约有62%学生对于垃圾分类的了解只停留在中等程度——不完全了解也不是完全不知道，因此设此情况下宣传力度处于中等水平的初值为0.5，变化范围为［0，1］.

2 不同策略下的仿真结果分析

2.1 模型检验

为了验证模型的稳定性和有效性，对模型进行了极端条件测试和敏感性分析，如图6所示. 图6 a显示了所有策略的执行力度都取最小值0时（极端条件1）或最大值1时（极端条件2），进行分类的人数的变化情况. 从图中可以发现，在极端条件1的情况下进行垃圾分类的人数为0；在极端条件2情况下，分类的人数远高于目前的（初值）分类人数，结果与现实情况吻合. 从图6 b～f中可以发现，分类行为随着各策略执行力度的递增而稳定递增，并未出现特殊情况，说明模型具有一定稳定性且符合现实意义.

图6 模型测试Fig.6 Model test

2.2 仿真结果分析

据图6 b～f 可知，各因素与学生垃圾分类行为之间呈正相关关系，但不同影响因素对分类行为影响效果不同. 较之于其他因素，在其他因素不变的前提下，宣传（图6b）每变化0.1给学生分类行为带来的影响效果比其他因素更为显著；家庭（图6 f）对学生的分类行为影响作用呈现边际递增效果，表明家人日常的垃圾分类行为不仅会影响学生的垃圾分类行为，而且这个积极的影响随着时间的增长而逐步累积，所以当家人坚持长期的垃圾分类行为时，对学生的垃圾分类行为的影响也会越来越显著.

可见不同因素对学生分类行为的影响作用并不相同，因此为了促进学生的分类行为，提高学校垃圾分类工作效率，现将各影响因素的赋值设为0.6，并在随机组合后进行仿真，最后根据仿真结果图分析各因素对学生分类行为作用机理以找到最佳的组合策略. 具体组合方案以及策略见表4.

表4 不同方案下的策略组合Tab.4 The strategy combinations under different scenarios

2.2.1 单因素策略仿真分析（方案一） 为找到影响学生分类行为的关键因素，将方案一中的5种策略进行仿真分析，得到各策略对学生分类行为影响的结果如图7所示. 图7 a中各策略对学生分类行为的影响效果依次为，策略1＞策略2＞策略3＞策略4＞策略5.

其中方案一的策略1、2对分类行为的影响效果明显高于其他策略，且随着时间的推移策略2对于学生分类行为的影响效果与策略1（图7 b）趋向一致. 由此见得，一个良好的分类设施条件是学生进行分类的前提，但家庭对于学生分类行为的影响作用更具有长期潜力.

图7 单因素策略仿真Fig.7 Single strategy simulation

2.2.2 混合策略仿真分析（其他方案） 通过单因素策略仿真发现，除设施外家庭对学生分类行为的影响比学校其他因素更为显著，为了进一步探究家庭因素对学生分类行为影响机理，接着对其他方案进行了仿真分析，如图8.

a）双因素组合仿真（方案二）

首先对方案二中的各策略进行仿真分析，如图8 a. 在比较各策略对分类行为的作用效果时发现，方案二中的策略5（直线5）比策略2（直线2）对学生分类行为的影响效果更好（即家庭+教育＞设施+教育），这与方案一的仿真结果（即设施＞家庭）矛盾. 因此，可以猜想在教育的前提下家校联合策略是否更利于学生分类行为的养成.

b）三因素组合仿真（方案三）

为验证前文的猜想，随后对方案三中的策略进行了仿真，如图8 b. 图中显示方案三的策略1（直线1）对学生分类行为的影响效果最为显著. 此外，通过比较方案三中的各策略可以发现，策略7＞策略8=策略5＞策略4即（即直线7＞8=5＞4），此结果验证了方案二的猜想（即家庭+教育＞设施+教育），可见在垃圾分类知识教育的前提下家庭对于学生分类行为的影响比完善的分类设施更大.

c）多因素组合仿真（方案四）

最后从四个方案中分别选取影响较大的策略进行比较分析，如图8 c所示. 选取了方案一中的策略1和策略2（直线6、5）、方案二中的策略1（直线4）以及方案三中的策略1（直线3）与方案四中的策略4（直线2）和策略5（直线1）进行比较，各策略对分类行为影响效果的大小依次为直线1＞3＞2＞4＞6＞5.

图8 不同组合下的仿真结果Fig.8 Simulation results under different combinations

单一的策略对于学生分类行为的影响作用有限，因此为提高垃圾分类政策的实施效率，促进学生的垃圾分类行为，学校制定复合型的政策措施是必不可少. 但根据仿真结果发现，方案四中的策略4对学生分类行为的影响效果，却不如方案三中的策略1（即直线3＞直线2），表明仅依靠学校教育是不够的. 即使学校加强了对学生分类行为的监管和宣传，学生在学校会按要求进行分类，但回到家庭后，由于家人对他们没有垃圾分类的要求，学生便很有可能放弃分类行为，从而使学校工作达不到持续良好的效果.

3 结论与建议

综上所述，学生的分类行为受到多种因素的共同影响作用. 一个良好的分类设施环境是提高学生分类行为的前提，因为只有拥有分类条件，才有可能产生分类行为. 因此学校及社区应该完善分类设施的建设，为学生提供一个良好的分类条件. 但仅依靠分类设施的建设来改善学生的分类行为是远远不够的，如果学校能够积极开展垃圾分类宣传教育活动和加大对学生分类行为监管力度来提高学生对垃圾分类的兴趣和重视程度，这将会更有利于学生垃圾分类行为的养成和维持.

此外，根据仿真结果可知，家校联合策略对于促进学生的分类行为有着事半功倍的效果. 家庭作为学生除校园外的另一个重要的成长环境，家庭对学生的分类行为的养成起到长期的且至关重要的影响. 学校应该把握这一关键，建立一个良好的家校合作模式共同提高学生的垃圾分类行为. 同时学生家长也应该自觉进行垃圾分类，言传身教，积极向学生普及垃圾分类知识，规范学生在家时的分类行为，让学生不论在校还是在家都有垃圾分类的意识，坚持垃圾分类行为，长此以往养成终身垃圾分类的好习惯.