農(nóng)林院校生物信息學(xué)教學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的問題及對策

摘要：當(dāng)前農(nóng)林院校在生物信息學(xué)教學(xué)中存在教學(xué)內(nèi)容滯后、師資隊伍建設(shè)不足、實(shí)踐教學(xué)平臺不完善等問題。針對這些問題，文章提出優(yōu)化課程體系與更新教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法與手段、完善實(shí)踐教學(xué)平臺、提供真實(shí)數(shù)據(jù)環(huán)境等一系列對策，旨在通過系統(tǒng)性的數(shù)字化轉(zhuǎn)型培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)發(fā)展需求的高素質(zhì)生物信息學(xué)人才，為現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力的人才支撐和智力保障。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化轉(zhuǎn)型；生物信息學(xué)；農(nóng)林院校

一、引言

在大數(shù)據(jù)和人工智能快速發(fā)展的時代背景下，生物信息學(xué)作為一門新興的交叉學(xué)科，正在農(nóng)林科學(xué)研究和教育中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著高通量測序技術(shù)的進(jìn)步和生物大數(shù)據(jù)的爆炸式增長，傳統(tǒng)的生物信息學(xué)教學(xué)模式已難以滿足現(xiàn)代農(nóng)林科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。農(nóng)林院校作為培養(yǎng)農(nóng)林科技人才的重要基地，其生物信息學(xué)教學(xué)面臨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的巨大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。然而，這一轉(zhuǎn)型過程中存在諸多問題，嚴(yán)重制約了農(nóng)林院校生物信息學(xué)教學(xué)的發(fā)展和人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

面對這些挑戰(zhàn)，農(nóng)林院校亟須采取有效措施，推動生物信息學(xué)教學(xué)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，農(nóng)林院?？梢耘囵B(yǎng)出既具備扎實(shí)的生物學(xué)基礎(chǔ)知識，又掌握先進(jìn)的信息技術(shù)和數(shù)據(jù)分析能力的復(fù)合型人才，從而更好地適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)發(fā)展的需求。同時，這種轉(zhuǎn)型也將促進(jìn)農(nóng)林科學(xué)與信息技術(shù)的深度融合，推動農(nóng)林領(lǐng)域的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。因此，探討農(nóng)林院校生物信息學(xué)教學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的問題及其對策，不僅對提高教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平具有重要意義，還將為推動農(nóng)林科技進(jìn)步和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

二、面臨的挑戰(zhàn)與問題

（一）課程體系與教學(xué)內(nèi)容的滯后

傳統(tǒng)的課程體系主要以生物學(xué)基礎(chǔ)知識為主，缺乏對現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能等領(lǐng)域的深入覆蓋。生物信息學(xué)本質(zhì)上是一門交叉學(xué)科，需要生物學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等多個領(lǐng)域的知識融合。然而，許多農(nóng)林院校的課程設(shè)置仍存在學(xué)科壁壘，難以實(shí)現(xiàn)真正的跨學(xué)科教學(xué)，如在教學(xué)內(nèi)容方面，更新速度跟不上學(xué)科發(fā)展的步伐，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)知識與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)在生物信息學(xué)課程內(nèi)容設(shè)置上以生物數(shù)據(jù)庫、序列比對、分子進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育為主要內(nèi)容，并以浙江大學(xué)陳銘的《生物信息學(xué)》為推薦教材，配合使用部分山東大學(xué)“生物信息學(xué)”的慕課內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容偏基礎(chǔ)，沒有加入生物信息學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展和應(yīng)用實(shí)例。這種課程體系和教學(xué)內(nèi)容的滯后性嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，使得畢業(yè)生難以滿足當(dāng)前生物信息產(chǎn)業(yè)的人才需求。

（二）教學(xué)方法與手段的局限性

傳統(tǒng)教學(xué)方法以教師講授為主，實(shí)踐操作機(jī)會少，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，且翻轉(zhuǎn)課堂、虛擬仿真、混合式教學(xué)等新型教學(xué)模式應(yīng)用也不夠廣泛和深入。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)在生物信息學(xué)教學(xué)過程中雖然普遍采用雨課堂平臺，并應(yīng)用了翻轉(zhuǎn)課堂，但由于近年生物信息學(xué)理論和技術(shù)飛速發(fā)展，任課教師沒有掌握最新的分析軟件及技術(shù)，無法把最新的知識傳遞給學(xué)生。這些教學(xué)方法和手段的局限性嚴(yán)重制約了數(shù)字化教學(xué)的效果，難以滿足學(xué)生個性化、互動化的學(xué)習(xí)需求。

（三）師資隊伍建設(shè)不足

教師是教學(xué)改革的核心執(zhí)行者，然而目前農(nóng)林院校生物信息學(xué)教師隊伍專業(yè)人才缺乏，教師數(shù)字化能力普遍不足。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)從2020年開始在生命科學(xué)學(xué)院、獸醫(yī)學(xué)院、動物科學(xué)學(xué)院、食品學(xué)院、農(nóng)學(xué)院、園藝與植保學(xué)院、草學(xué)院、計算機(jī)學(xué)院、理學(xué)院開設(shè)生物信息學(xué)選修課，任課教師均來自生命科學(xué)學(xué)院，但生物信息學(xué)專業(yè)的教師只有三位，其他教師雖然都有生物學(xué)背景，但信息技術(shù)應(yīng)用能力有限，急需專業(yè)培訓(xùn)或進(jìn)修。

（四）實(shí)踐教學(xué)平臺不完善

生物信息學(xué)作為一門應(yīng)用性強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)在人才培養(yǎng)中占據(jù)重要地位。然而，目前許多農(nóng)林院校在實(shí)踐教學(xué)平臺建設(shè)方面存在明顯不足。首先，硬件設(shè)施不足。部分院校缺乏足夠的計算機(jī)、服務(wù)器等硬件設(shè)備，無法支持大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理和分析。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生物信息學(xué)是面向全校多個專業(yè)的選修課，由于選課人數(shù)眾多，機(jī)房無法滿足上課需求，實(shí)操環(huán)節(jié)只能依靠學(xué)生課堂自帶電腦完成，學(xué)生學(xué)習(xí)效率及教師教學(xué)效果大打折扣。其次，軟件資源匱乏。由于經(jīng)費(fèi)限制，許多院校無法購買或更新專業(yè)的生物信息學(xué)分析軟件和數(shù)據(jù)庫，學(xué)生難以接觸到業(yè)界主流的工具和資源。這些問題嚴(yán)重影響了學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的提高。

三、對策

（一）優(yōu)化課程體系，更新教學(xué)內(nèi)容

為解決課程體系滯后和教學(xué)內(nèi)容陳舊的問題，農(nóng)林院校應(yīng)著手進(jìn)行全面的課程改革。首先，農(nóng)林類高校構(gòu)建生物信息學(xué)課程跨學(xué)科課程體系，引入機(jī)器學(xué)習(xí)、生物統(tǒng)計學(xué)、數(shù)據(jù)分析、人工智能等相關(guān)課程。其次，農(nóng)林院校及時更新課程內(nèi)容，緊跟生物信息學(xué)領(lǐng)域的最新前沿技術(shù)和研究成果，結(jié)合實(shí)際案例和操作訓(xùn)練，確保課程內(nèi)容的先進(jìn)性和實(shí)用性。此外，農(nóng)林院校鼓勵學(xué)生根據(jù)興趣和未來發(fā)展方向選擇不同的實(shí)驗課程和項目實(shí)踐模塊，如“基因組數(shù)據(jù)分析實(shí)戰(zhàn)”“蛋白質(zhì)組學(xué)實(shí)驗技術(shù)”等，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的個性化學(xué)習(xí)。最后，建立龍林院校課程內(nèi)容動態(tài)更新機(jī)制，通過定期的企業(yè)調(diào)研和實(shí)踐教學(xué)反饋，每學(xué)期對課程內(nèi)容進(jìn)行評估和調(diào)整，確保教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展保持同步。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段

針對傳統(tǒng)教學(xué)方法單一、學(xué)生參與度低的問題，首先，教師可以采用混合式教學(xué)模式，將理論知識部分放在線上平臺供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，將實(shí)踐操作和討論環(huán)節(jié)安排在線下課堂。這種方式既能提高課堂效率，又能增強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)能力。

其次，教師在教學(xué)過程中引入真實(shí)案例分析和項目實(shí)踐，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中應(yīng)用所學(xué)知識，提高分析、解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新思維。教師還結(jié)合實(shí)驗室上機(jī)操作，通過虛實(shí)結(jié)合的方式，幫助學(xué)生直觀理解抽象概念。

最后，教師可以大膽引入翻轉(zhuǎn)課堂模式，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性及自主學(xué)習(xí)潛力，達(dá)到從知識傳授到能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

（三）加強(qiáng)師資隊伍建設(shè)，提升教師數(shù)字化能力

為解決師資隊伍建設(shè)不足的問題，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)制訂教師數(shù)字化能力提升計劃，定期組織教師參加數(shù)字化技能培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容包括在線課程設(shè)計、數(shù)據(jù)分析工具使用、人工智能應(yīng)用等，提高教師的數(shù)字化教學(xué)能力。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)積極引進(jìn)具有生物信息學(xué)背景且熟悉現(xiàn)代信息技術(shù)的復(fù)合型人才，采用靈活的人才引進(jìn)政策，如設(shè)立特聘教授崗位、提供有競爭力的薪酬待遇等。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)各個教學(xué)單位鼓勵現(xiàn)有教師進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)和實(shí)踐，通過支持現(xiàn)任教師參與跨學(xué)科研究項目、赴企業(yè)或研究機(jī)構(gòu)短期交流等方式，提升教師的綜合能力。最后，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)建立校企合作機(jī)制，聘請企業(yè)專家擔(dān)任兼職教師，參與課程設(shè)計和教學(xué)，為學(xué)生提供更貼近實(shí)際的指導(dǎo)。這些措施不僅可以提升現(xiàn)有教師的數(shù)字化教學(xué)能力，還能構(gòu)建一支具有跨學(xué)科背景的高質(zhì)量師資隊伍。

（四）完善實(shí)踐教學(xué)平臺，提供真實(shí)數(shù)據(jù)環(huán)境

針對實(shí)踐教學(xué)平臺不完善的問題，首先，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)投資建設(shè)高性能計算平臺，為學(xué)生提供大規(guī)模數(shù)據(jù)分析和處理的硬件支持，配套開設(shè)生物信息學(xué)計算實(shí)踐課程，培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)據(jù)處理技能。

其次，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)自主開發(fā)綜合性在線實(shí)踐平臺，集成常用的生物信息學(xué)分析工具和數(shù)據(jù)庫，如序列分析工具、基因組瀏覽器、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測工具等。

再次，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)通過與當(dāng)?shù)氐拇髷?shù)據(jù)分析研究機(jī)構(gòu)或企業(yè)合作，建立生物大數(shù)據(jù)共享機(jī)制，為學(xué)生提供真實(shí)的研究數(shù)據(jù)。例如，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)與種子公司合作，獲取作物基因組數(shù)據(jù)；與農(nóng)業(yè)監(jiān)測部門合作，獲取農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

最后，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗，模擬復(fù)雜的生物信息學(xué)實(shí)驗過程，讓學(xué)生先在虛擬環(huán)境中進(jìn)行技能訓(xùn)練，再利用實(shí)際數(shù)據(jù)開展分析實(shí)踐。

（五）改革教學(xué)評價體系，建立多元化評價機(jī)制

為解決教學(xué)評價體系單一的問題。首先，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)建立多元化評價體系，不僅關(guān)注學(xué)生的期末考試成績，還重視學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的實(shí)踐表現(xiàn)。教學(xué)評級體系包括學(xué)生課堂參與度評價、項目完成情況評價、實(shí)驗報告評價、創(chuàng)新成果評價等方式，其中實(shí)踐環(huán)節(jié)占總評分的40%以上。其次，教學(xué)評級體系注重過程性評價，通過學(xué)習(xí)分析技術(shù)，收集和分析學(xué)生在線學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)。此外，教學(xué)評級體系引入同伴評價和自我評價機(jī)制，鼓勵學(xué)生參與評價過程，通過同伴互評和自我反思，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和自主學(xué)習(xí)能力。最后，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)建立基于能力的評價標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)生物信息學(xué)人才的核心能力要求，制訂詳細(xì)的能力評價標(biāo)準(zhǔn)，包括生物學(xué)知識掌握程度、數(shù)據(jù)分析能力、編程技能、問題解決能力、創(chuàng)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(xué)生的學(xué)習(xí)成果和實(shí)踐能力，為人才培養(yǎng)提供有力支持。

四、結(jié)論

本研究深入剖析了農(nóng)林院校生物信息學(xué)教學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的多重挑戰(zhàn)，并提出了一系列解決方案。研究認(rèn)為，農(nóng)林院校生物信息學(xué)教學(xué)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要學(xué)校、教師、學(xué)生和企業(yè)等多方共同努力。這種轉(zhuǎn)型不僅能培養(yǎng)出既具備扎實(shí)生物學(xué)基礎(chǔ)知識，又掌握先進(jìn)信息技術(shù)和數(shù)據(jù)分析能力的復(fù)合型人才，還將促進(jìn)農(nóng)林科學(xué)與信息技術(shù)的深度融合，推動農(nóng)林領(lǐng)域的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。

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基金項目：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)（2020年財政資金）雙一流-引進(jìn)優(yōu)秀博士人才-微生物，項目編號：NDYB2019-12。