农林院校生物信息学教学数字化转型面临的问题及对策

摘要：当前农林院校在生物信息学教学中存在教学内容滞后、师资队伍建设不足、实践教学平台不完善等问题。针对这些问题，文章提出优化课程体系与更新教学内容、创新教学方法与手段、完善实践教学平台、提供真实数据环境等一系列对策，旨在通过系统性的数字化转型培养适应现代农林业发展需求的高素质生物信息学人才，为现代农林业的可持续发展提供有力的人才支撑和智力保障。

关键词：数字化转型；生物信息学；农林院校

一、引言

在大数据和人工智能快速发展的时代背景下，生物信息学作为一门新兴的交叉学科，正在农林科学研究和教育中发挥着越来越重要的作用。随着高通量测序技术的进步和生物大数据的爆炸式增长，传统的生物信息学教学模式已难以满足现代农林科学研究和产业发展的需求。农林院校作为培养农林科技人才的重要基地，其生物信息学教学面临着数字化转型的巨大机遇和挑战。然而，这一转型过程中存在诸多问题，严重制约了农林院校生物信息学教学的发展和人才培养的质量。

面对这些挑战，农林院校亟须采取有效措施，推动生物信息学教学的数字化转型。通过数字化转型，农林院校可以培养出既具备扎实的生物学基础知识，又掌握先进的信息技术和数据分析能力的复合型人才，从而更好地适应现代农林业发展的需求。同时，这种转型也将促进农林科学与信息技术的深度融合，推动农林领域的科技创新和产业升级。因此，探讨农林院校生物信息学教学数字化转型面临的问题及其对策，不仅对提高教学质量和人才培养水平具有重要意义，还将为推动农林科技进步和现代农业发展作出重要贡献。

二、面临的挑战与问题

（一）课程体系与教学内容的滞后

传统的课程体系主要以生物学基础知识为主，缺乏对现代信息技术、数据科学和人工智能等领域的深入覆盖。生物信息学本质上是一门交叉学科，需要生物学、计算机科学、统计学等多个领域的知识融合。然而，许多农林院校的课程设置仍存在学科壁垒，难以实现真正的跨学科教学，如在教学内容方面，更新速度跟不上学科发展的步伐，导致学生所学知识与实际应用脱节。内蒙古农业大学在生物信息学课程内容设置上以生物数据库、序列比对、分子进化与系统发育为主要内容，并以浙江大学陈铭的《生物信息学》为推荐教材，配合使用部分山东大学“生物信息学”的慕课内容，教学内容偏基础，没有加入生物信息学领域的最新进展和应用实例。这种课程体系和教学内容的滞后性严重影响了学生的学习效果，使得毕业生难以满足当前生物信息产业的人才需求。

（二）教学方法与手段的局限性

传统教学方法以教师讲授为主，实践操作机会少，难以激发学生的学习兴趣，且翻转课堂、虚拟仿真、混合式教学等新型教学模式应用也不够广泛和深入。内蒙古农业大学在生物信息学教学过程中虽然普遍采用雨课堂平台，并应用了翻转课堂，但由于近年生物信息学理论和技术飞速发展，任课教师没有掌握最新的分析软件及技术，无法把最新的知识传递给学生。这些教学方法和手段的局限性严重制约了数字化教学的效果，难以满足学生个性化、互动化的学习需求。

（三）师资队伍建设不足

教师是教学改革的核心执行者，然而目前农林院校生物信息学教师队伍专业人才缺乏，教师数字化能力普遍不足。内蒙古农业大学从2020年开始在生命科学学院、兽医学院、动物科学学院、食品学院、农学院、园艺与植保学院、草学院、计算机学院、理学院开设生物信息学选修课，任课教师均来自生命科学学院，但生物信息学专业的教师只有三位，其他教师虽然都有生物学背景，但信息技术应用能力有限，急需专业培训或进修。

（四）实践教学平台不完善

生物信息学作为一门应用性强的学科，实践教学在人才培养中占据重要地位。然而，目前许多农林院校在实践教学平台建设方面存在明显不足。首先，硬件设施不足。部分院校缺乏足够的计算机、服务器等硬件设备，无法支持大规模的数据处理和分析。内蒙古农业大学生物信息学是面向全校多个专业的选修课，由于选课人数众多，机房无法满足上课需求，实操环节只能依靠学生课堂自带电脑完成，学生学习效率及教师教学效果大打折扣。其次，软件资源匮乏。由于经费限制，许多院校无法购买或更新专业的生物信息学分析软件和数据库，学生难以接触到业界主流的工具和资源。这些问题严重影响了学生实践能力和创新能力的提高。

三、对策

（一）优化课程体系，更新教学内容

为解决课程体系滞后和教学内容陈旧的问题，农林院校应着手进行全面的课程改革。首先，农林类高校构建生物信息学课程跨学科课程体系，引入机器学习、生物统计学、数据分析、人工智能等相关课程。其次，农林院校及时更新课程内容，紧跟生物信息学领域的最新前沿技术和研究成果，结合实际案例和操作训练，确保课程内容的先进性和实用性。此外，农林院校鼓励学生根据兴趣和未来发展方向选择不同的实验课程和项目实践模块，如“基因组数据分析实战”“蛋白质组学实验技术”等，实现理论与实践相结合的个性化学习。最后，建立龙林院校课程内容动态更新机制，通过定期的企业调研和实践教学反馈，每学期对课程内容进行评估和调整，确保教学内容与行业发展保持同步。

（二）创新教学方法，丰富教学手段

针对传统教学方法单一、学生参与度低的问题，首先，教师可以采用混合式教学模式，将理论知识部分放在线上平台供学生自主学习，将实践操作和讨论环节安排在线下课堂。这种方式既能提高课堂效率，又能增强学生的自学能力。

其次，教师在教学过程中引入真实案例分析和项目实践，让学生在解决实际问题的过程中应用所学知识，提高分析、解决实际问题的能力和创新思维。教师还结合实验室上机操作，通过虚实结合的方式，帮助学生直观理解抽象概念。

最后，教师可以大胆引入翻转课堂模式，充分调动学生学习的积极性及自主学习潜力，达到从知识传授到能力培养的目标。

（三）加强师资队伍建设，提升教师数字化能力

为解决师资队伍建设不足的问题，内蒙古农业大学制订教师数字化能力提升计划，定期组织教师参加数字化技能培训，培训内容包括在线课程设计、数据分析工具使用、人工智能应用等，提高教师的数字化教学能力。内蒙古农业大学积极引进具有生物信息学背景且熟悉现代信息技术的复合型人才，采用灵活的人才引进政策，如设立特聘教授岗位、提供有竞争力的薪酬待遇等。内蒙古农业大学各个教学单位鼓励现有教师进行跨学科学习和实践，通过支持现任教师参与跨学科研究项目、赴企业或研究机构短期交流等方式，提升教师的综合能力。最后，内蒙古农业大学建立校企合作机制，聘请企业专家担任兼职教师，参与课程设计和教学，为学生提供更贴近实际的指导。这些措施不仅可以提升现有教师的数字化教学能力，还能构建一支具有跨学科背景的高质量师资队伍。

（四）完善实践教学平台，提供真实数据环境

针对实践教学平台不完善的问题，首先，内蒙古农业大学投资建设高性能计算平台，为学生提供大规模数据分析和处理的硬件支持，配套开设生物信息学计算实践课程，培养学生掌握数据处理技能。

其次，内蒙古农业大学自主开发综合性在线实践平台，集成常用的生物信息学分析工具和数据库，如序列分析工具、基因组浏览器、蛋白质结构预测工具等。

再次，内蒙古农业大学通过与当地的大数据分析研究机构或企业合作，建立生物大数据共享机制，为学生提供真实的研究数据。例如，内蒙古农业大学与种子公司合作，获取作物基因组数据；与农业监测部门合作，获取农业生态系统监测数据等。

最后，内蒙古农业大学开发虚拟仿真实验，模拟复杂的生物信息学实验过程，让学生先在虚拟环境中进行技能训练，再利用实际数据开展分析实践。

（五）改革教学评价体系，建立多元化评价机制

为解决教学评价体系单一的问题。首先，内蒙古农业大学建立多元化评价体系，不仅关注学生的期末考试成绩，还重视学生在学习过程中的实践表现。教学评级体系包括学生课堂参与度评价、项目完成情况评价、实验报告评价、创新成果评价等方式，其中实践环节占总评分的40%以上。其次，教学评级体系注重过程性评价，通过学习分析技术，收集和分析学生在线学习的数据。此外，教学评级体系引入同伴评价和自我评价机制，鼓励学生参与评价过程，通过同伴互评和自我反思，培养学生的批判性思维和自主学习能力。最后，内蒙古农业大学建立基于能力的评价标准，根据生物信息学人才的核心能力要求，制订详细的能力评价标准，包括生物学知识掌握程度、数据分析能力、编程技能、问题解决能力、创新思维能力等。这种多元化的评价体系可以更全面、客观地反映学生的学习成果和实践能力，为人才培养提供有力支持。

四、结论

本研究深入剖析了农林院校生物信息学教学数字化转型面临的多重挑战，并提出了一系列解决方案。研究认为，农林院校生物信息学教学的数字化转型是一个复杂的系统工程，需要学校、教师、学生和企业等多方共同努力。这种转型不仅能培养出既具备扎实生物学基础知识，又掌握先进信息技术和数据分析能力的复合型人才，还将促进农林科学与信息技术的深度融合，推动农林领域的科技创新和产业升级。

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基金项目：内蒙古农业大学（2020年财政资金）双一流-引进优秀博士人才-微生物，项目编号：NDYB2019-12。