農林院校生物信息學教學數字化轉型面臨的問題及對策

摘要：當前農林院校在生物信息學教學中存在教學內容滯后、師資隊伍建設不足、實踐教學平臺不完善等問題。針對這些問題，文章提出優化課程體系與更新教學內容、創新教學方法與手段、完善實踐教學平臺、提供真實數據環境等一系列對策，旨在通過系統性的數字化轉型培養適應現代農林業發展需求的高素質生物信息學人才，為現代農林業的可持續發展提供有力的人才支撐和智力保障。

關鍵詞：數字化轉型；生物信息學；農林院校

一、引言

在大數據和人工智能快速發展的時代背景下，生物信息學作為一門新興的交叉學科，正在農林科學研究和教育中發揮著越來越重要的作用。隨著高通量測序技術的進步和生物大數據的爆炸式增長，傳統的生物信息學教學模式已難以滿足現代農林科學研究和產業發展的需求。農林院校作為培養農林科技人才的重要基地，其生物信息學教學面臨著數字化轉型的巨大機遇和挑戰。然而，這一轉型過程中存在諸多問題，嚴重制約了農林院校生物信息學教學的發展和人才培養的質量。

面對這些挑戰，農林院校亟須采取有效措施，推動生物信息學教學的數字化轉型。通過數字化轉型，農林院校可以培養出既具備扎實的生物學基礎知識，又掌握先進的信息技術和數據分析能力的復合型人才，從而更好地適應現代農林業發展的需求。同時，這種轉型也將促進農林科學與信息技術的深度融合，推動農林領域的科技創新和產業升級。因此，探討農林院校生物信息學教學數字化轉型面臨的問題及其對策，不僅對提高教學質量和人才培養水平具有重要意義，還將為推動農林科技進步和現代農業發展作出重要貢獻。

二、面臨的挑戰與問題

（一）課程體系與教學內容的滯后

傳統的課程體系主要以生物學基礎知識為主，缺乏對現代信息技術、數據科學和人工智能等領域的深入覆蓋。生物信息學本質上是一門交叉學科，需要生物學、計算機科學、統計學等多個領域的知識融合。然而，許多農林院校的課程設置仍存在學科壁壘，難以實現真正的跨學科教學，如在教學內容方面，更新速度跟不上學科發展的步伐，導致學生所學知識與實際應用脫節。內蒙古農業大學在生物信息學課程內容設置上以生物數據庫、序列比對、分子進化與系統發育為主要內容，并以浙江大學陳銘的《生物信息學》為推薦教材，配合使用部分山東大學“生物信息學”的慕課內容，教學內容偏基礎，沒有加入生物信息學領域的最新進展和應用實例。這種課程體系和教學內容的滯后性嚴重影響了學生的學習效果，使得畢業生難以滿足當前生物信息產業的人才需求。

（二）教學方法與手段的局限性

傳統教學方法以教師講授為主，實踐操作機會少，難以激發學生的學習興趣，且翻轉課堂、虛擬仿真、混合式教學等新型教學模式應用也不夠廣泛和深入。內蒙古農業大學在生物信息學教學過程中雖然普遍采用雨課堂平臺，并應用了翻轉課堂，但由于近年生物信息學理論和技術飛速發展，任課教師沒有掌握最新的分析軟件及技術，無法把最新的知識傳遞給學生。這些教學方法和手段的局限性嚴重制約了數字化教學的效果，難以滿足學生個性化、互動化的學習需求。

（三）師資隊伍建設不足

教師是教學改革的核心執行者，然而目前農林院校生物信息學教師隊伍專業人才缺乏，教師數字化能力普遍不足。內蒙古農業大學從2020年開始在生命科學學院、獸醫學院、動物科學學院、食品學院、農學院、園藝與植保學院、草學院、計算機學院、理學院開設生物信息學選修課，任課教師均來自生命科學學院，但生物信息學專業的教師只有三位，其他教師雖然都有生物學背景，但信息技術應用能力有限，急需專業培訓或進修。

（四）實踐教學平臺不完善

生物信息學作為一門應用性強的學科，實踐教學在人才培養中占據重要地位。然而，目前許多農林院校在實踐教學平臺建設方面存在明顯不足。首先，硬件設施不足。部分院校缺乏足夠的計算機、服務器等硬件設備，無法支持大規模的數據處理和分析。內蒙古農業大學生物信息學是面向全校多個專業的選修課，由于選課人數眾多，機房無法滿足上課需求，實操環節只能依靠學生課堂自帶電腦完成，學生學習效率及教師教學效果大打折扣。其次，軟件資源匱乏。由于經費限制，許多院校無法購買或更新專業的生物信息學分析軟件和數據庫，學生難以接觸到業界主流的工具和資源。這些問題嚴重影響了學生實踐能力和創新能力的提高。

三、對策

（一）優化課程體系，更新教學內容

為解決課程體系滯后和教學內容陳舊的問題，農林院校應著手進行全面的課程改革。首先，農林類高校構建生物信息學課程跨學科課程體系，引入機器學習、生物統計學、數據分析、人工智能等相關課程。其次，農林院校及時更新課程內容，緊跟生物信息學領域的最新前沿技術和研究成果，結合實際案例和操作訓練，確保課程內容的先進性和實用性。此外，農林院校鼓勵學生根據興趣和未來發展方向選擇不同的實驗課程和項目實踐模塊，如“基因組數據分析實戰”“蛋白質組學實驗技術”等，實現理論與實踐相結合的個性化學習。最后，建立龍林院校課程內容動態更新機制，通過定期的企業調研和實踐教學反饋，每學期對課程內容進行評估和調整，確保教學內容與行業發展保持同步。

（二）創新教學方法，豐富教學手段

針對傳統教學方法單一、學生參與度低的問題，首先，教師可以采用混合式教學模式，將理論知識部分放在線上平臺供學生自主學習，將實踐操作和討論環節安排在線下課堂。這種方式既能提高課堂效率，又能增強學生的自學能力。

其次，教師在教學過程中引入真實案例分析和項目實踐，讓學生在解決實際問題的過程中應用所學知識，提高分析、解決實際問題的能力和創新思維。教師還結合實驗室上機操作，通過虛實結合的方式，幫助學生直觀理解抽象概念。

最后，教師可以大膽引入翻轉課堂模式，充分調動學生學習的積極性及自主學習潛力，達到從知識傳授到能力培養的目標。

（三）加強師資隊伍建設，提升教師數字化能力

為解決師資隊伍建設不足的問題，內蒙古農業大學制訂教師數字化能力提升計劃，定期組織教師參加數字化技能培訓，培訓內容包括在線課程設計、數據分析工具使用、人工智能應用等，提高教師的數字化教學能力。內蒙古農業大學積極引進具有生物信息學背景且熟悉現代信息技術的復合型人才，采用靈活的人才引進政策，如設立特聘教授崗位、提供有競爭力的薪酬待遇等。內蒙古農業大學各個教學單位鼓勵現有教師進行跨學科學習和實踐，通過支持現任教師參與跨學科研究項目、赴企業或研究機構短期交流等方式，提升教師的綜合能力。最后，內蒙古農業大學建立校企合作機制，聘請企業專家擔任兼職教師，參與課程設計和教學，為學生提供更貼近實際的指導。這些措施不僅可以提升現有教師的數字化教學能力，還能構建一支具有跨學科背景的高質量師資隊伍。

（四）完善實踐教學平臺，提供真實數據環境

針對實踐教學平臺不完善的問題，首先，內蒙古農業大學投資建設高性能計算平臺，為學生提供大規模數據分析和處理的硬件支持，配套開設生物信息學計算實踐課程，培養學生掌握數據處理技能。

其次，內蒙古農業大學自主開發綜合性在線實踐平臺，集成常用的生物信息學分析工具和數據庫，如序列分析工具、基因組瀏覽器、蛋白質結構預測工具等。

再次，內蒙古農業大學通過與當地的大數據分析研究機構或企業合作，建立生物大數據共享機制，為學生提供真實的研究數據。例如，內蒙古農業大學與種子公司合作，獲取作物基因組數據；與農業監測部門合作，獲取農業生態系統監測數據等。

最后，內蒙古農業大學開發虛擬仿真實驗，模擬復雜的生物信息學實驗過程，讓學生先在虛擬環境中進行技能訓練，再利用實際數據開展分析實踐。

（五）改革教學評價體系，建立多元化評價機制

為解決教學評價體系單一的問題。首先，內蒙古農業大學建立多元化評價體系，不僅關注學生的期末考試成績，還重視學生在學習過程中的實踐表現。教學評級體系包括學生課堂參與度評價、項目完成情況評價、實驗報告評價、創新成果評價等方式，其中實踐環節占總評分的40%以上。其次，教學評級體系注重過程性評價，通過學習分析技術，收集和分析學生在線學習的數據。此外，教學評級體系引入同伴評價和自我評價機制，鼓勵學生參與評價過程，通過同伴互評和自我反思，培養學生的批判性思維和自主學習能力。最后，內蒙古農業大學建立基于能力的評價標準，根據生物信息學人才的核心能力要求，制訂詳細的能力評價標準，包括生物學知識掌握程度、數據分析能力、編程技能、問題解決能力、創新思維能力等。這種多元化的評價體系可以更全面、客觀地反映學生的學習成果和實踐能力，為人才培養提供有力支持。

四、結論

本研究深入剖析了農林院校生物信息學教學數字化轉型面臨的多重挑戰，并提出了一系列解決方案。研究認為，農林院校生物信息學教學的數字化轉型是一個復雜的系統工程，需要學校、教師、學生和企業等多方共同努力。這種轉型不僅能培養出既具備扎實生物學基礎知識，又掌握先進信息技術和數據分析能力的復合型人才，還將促進農林科學與信息技術的深度融合，推動農林領域的科技創新和產業升級。

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基金項目：內蒙古農業大學（2020年財政資金）雙一流-引進優秀博士人才-微生物，項目編號：NDYB2019-12。