《合成生物學(xué)》課程教學(xué)大綱

《合成生物學(xué)》教學(xué)大綱課程編號：08220205英文名稱：BiomedicalInstruments學(xué)分：2.5學(xué)時：總學(xué)時48學(xué)時，其中理論32學(xué)時，實(shí)踐16學(xué)時先修課程：生物化學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)課程類別：專業(yè)主干課程授課對象：生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：生命科學(xué)學(xué)院修讀學(xué)期：第6學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)合成生物學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，包含生物學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)、物理和化學(xué)等。其所涵蓋的科學(xué)知識、科學(xué)技術(shù)都是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的前沿。通過這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以廣泛涉獵不同學(xué)科領(lǐng)域的交叉、融合，拓寬知識面，提高綜合素養(yǎng)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)能力。合成生物學(xué)是將生物系統(tǒng)的合成和遺傳線路的連接工程化，與集成電路的制造方法一樣，先設(shè)計、再制造、再設(shè)計。其最終目的是要通過這種理性設(shè)計和再設(shè)計的過程，獲得人們所需要的生物功能，并通過實(shí)驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)，從而推動疾病診斷、藥物治療、基因編碼及生命起源等方面的研究。其主要內(nèi)容包括生物基因元件的模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化原理，基因元件的組裝和表征，合成生物學(xué)的經(jīng)典人工基因線路，基因組合成與編輯技術(shù)等。課程目標(biāo)1：本課程要求學(xué)生掌握生物基因元件的模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化原理，基因元件的組裝和表征，合成生物學(xué)的經(jīng)典人工基因線路，基因與基因組的合成與編輯技術(shù)。課程目標(biāo)2：熟悉人造生命系統(tǒng)的安全控制與倫理規(guī)范，并在實(shí)踐中嚴(yán)格遵守。課程目標(biāo)3：了解合成生物學(xué)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源和醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用。二、課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系本課程教學(xué)目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系如表2-1所示。表2-1課程教學(xué)目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度（H、M、L）指標(biāo)點(diǎn)4-1：具有生物醫(yī)藥行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)應(yīng)用和項目管理和申報的能力。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3H（高支撐）指標(biāo)點(diǎn)4-2：具有生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)的疾病診斷相關(guān)試劑開發(fā)、產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)品注冊與管理的能力。課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3H（中支撐）指標(biāo)點(diǎn)7-2：理解現(xiàn)代生物技術(shù)對人類健康造成的潛在風(fēng)險，以及引發(fā)的倫理問題。課程目標(biāo)1M（中支撐）三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配本課程總學(xué)時48學(xué)時，其中理論32學(xué)時，實(shí)踐16學(xué)時，課后自主學(xué)習(xí)不占學(xué)時。表3-1理論教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容、基本要求、課程目標(biāo)與學(xué)時分配序號教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點(diǎn)（含德育要求）學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程目標(biāo)1緒論熟悉合成生物學(xué)概念；理解生命現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的特性；合成生物學(xué)研究的核心內(nèi)容，生物大分子的合成與模塊化，合成生物學(xué)的應(yīng)用研究；高通量結(jié)構(gòu)檢測和界溪技術(shù)；基因線路的合成與構(gòu)建。2集中講授課程目標(biāo)12生物大分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)原理生物大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)描述掌握蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性，蛋白質(zhì)折疊類型、功能與錯誤折疊，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，DNA的結(jié)構(gòu)特性等。同時，掌握高通量結(jié)晶技術(shù)與高分子X涉嫌結(jié)構(gòu)解析中的計算技術(shù)，X涉嫌結(jié)構(gòu)電子云密度圖的解析等生物大分子結(jié)構(gòu)的研究方法理解和掌握proteindatabank數(shù)據(jù)庫，大分子三維結(jié)構(gòu)圖形程序，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)化和SCDP數(shù)據(jù)庫、CATH數(shù)據(jù)庫的序列識別算法、結(jié)構(gòu)域便捷的識別等。4集中講授課程目標(biāo)1、2、33結(jié)構(gòu)比對與質(zhì)量驗(yàn)證蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測掌握蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比較算法和優(yōu)化、多結(jié)構(gòu)比對，蛋白質(zhì)折疊空間圖譜，用于結(jié)構(gòu)檢查的軟件。掌握從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測蛋白質(zhì)功能，結(jié)構(gòu)功能預(yù)測方法。蛋白質(zhì)分析軟件簡介，蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測軟件及實(shí)例。4集中講授課程目標(biāo)1、2、34生物大分子互作從進(jìn)化信息預(yù)測蛋白質(zhì)相互作用，靜電相互作用；蛋白質(zhì)分子動力學(xué)模擬與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。2集中講授小組報告課程目標(biāo)1、2、35合成生物原件、裝置和生物模塊掌握合成生物學(xué)元件、裝置、系統(tǒng)和模塊的定義；從元件到功能基因的組裝；合成蛋白質(zhì)；合成DNA元件和裝置的應(yīng)用研究4集中講授小組報告課程目標(biāo)1、2、36合成基因網(wǎng)絡(luò)掌握合成基因線路，合成基因網(wǎng)絡(luò)，合成生物學(xué)與基因表達(dá)的進(jìn)化。4集中講授課程目標(biāo)1、37合成生物系統(tǒng)掌握從頭合成基因組的相關(guān)概念、基本路線和方法；Biobrick、BglBricks等方法合成簡化的生物系統(tǒng)，合成多細(xì)胞系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用6集中講授小組報告課程目標(biāo)1、2、38合成代謝途徑掌握合成代謝途徑的定向策略和實(shí)例，合成代謝途徑的構(gòu)建與最佳化，合成代謝途徑的設(shè)計及再設(shè)計6集中講授課程目標(biāo)1、2、3合計32表3-2實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容、基本要求、課程目標(biāo)與學(xué)時分配序號實(shí)驗(yàn)項目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求學(xué)時類型對應(yīng)課程目標(biāo)1生物大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫及其數(shù)據(jù)應(yīng)用使用UNIPROT蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫和PROTEINDATABANK蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行序列比對和結(jié)構(gòu)比對，并進(jìn)行分析4驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)32核酸結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測使用RNAStructure、Pflod、MARNA等軟件對RNA的二級和三級結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測，蛋白之間結(jié)構(gòu)域功能預(yù)測。4驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)33蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域功能預(yù)測蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)預(yù)測與結(jié)構(gòu)功能分析。4驗(yàn)證課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3合成生物原件、裝置、生物模塊和代謝途徑的合成使用合成生物學(xué)軟件GenoCAD、BioJADE、TinkerCell等進(jìn)行原件、裝置、系統(tǒng)的合成，完成細(xì)胞代謝途徑、酶、遺傳控制線路設(shè)計。4設(shè)計課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3合計16注：實(shí)驗(yàn)要求包括必修、選修；實(shí)驗(yàn)類型包括演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計等。四、課程教學(xué)方法本課程在教學(xué)方式上主要采用教師課堂教學(xué)為主、學(xué)生課后學(xué)習(xí)為輔的教學(xué)模式，以達(dá)到符合畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的教學(xué)目的。其中，課堂教學(xué)主要采用課堂講授、啟發(fā)式、案例式、討論式、研究式等教學(xué)方法，同時輔以學(xué)習(xí)通平臺的各項功能豐富課堂教學(xué)形式。課后學(xué)習(xí)主要采用學(xué)生自主學(xué)習(xí)、依托學(xué)習(xí)通學(xué)習(xí)和教師指導(dǎo)為輔的教學(xué)方式。五、學(xué)業(yè)評價和課程考核本課程采用過程性考核和結(jié)果性考核相結(jié)合的方式，總評成績由課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、實(shí)驗(yàn)和期末閉卷考試等四個方面組成，采用百分制計分制，具體計算方法如下：總評成績=課堂表現(xiàn)(100分制)×5%+平時作業(yè)(100分制)×15%+實(shí)驗(yàn)成績(100分制)×30%+期末考試成績(100分制)×50%。表5-1課程考核評價標(biāo)準(zhǔn)考核依據(jù)建議分值考核/評價細(xì)則對應(yīng)的課程目標(biāo)平時成績50%課堂表現(xiàn)5%課堂表現(xiàn)包括出勤情況、聽課情況、課堂討論參與情況、教學(xué)上互動和學(xué)習(xí)反饋、線上討論參與情況等等。修課學(xué)生基礎(chǔ)分80分，若發(fā)生遲到、無故曠課、學(xué)習(xí)態(tài)度差(課堂玩手機(jī)、多言好睡等)現(xiàn)象一次，則扣1-5分，扣完為止；積極參與回答問題或有效提問者，酌情加分2-5分，上限20分。學(xué)期末該分值×5%核定分值計入總評成績。課程目標(biāo)1平時作業(yè)15%平時作業(yè)（包括在線作業(yè)、課后作業(yè)、課程論文等形式）批改以百分制登記，教師批閱給分，不交作業(yè)記為零分，最后作業(yè)成績按平均分值計算。學(xué)期末平均分值×30%核定分值計入總評成績。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3實(shí)驗(yàn)成績30%根據(jù)修課學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)報告完成的質(zhì)量情況打分，成績以百分制登記，最后實(shí)驗(yàn)成績按平均分值計算。學(xué)期末該分值×30%核定分值計入總評成績。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3期末考試成績50%修課學(xué)生參加期末考試，教師批閱試卷，成績以百分制登記，學(xué)期末以該分值×50%核定分值計入總評成績。課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3表5-2課堂表現(xiàn)評分標(biāo)準(zhǔn)考核類型分值比重考核指標(biāo)考核內(nèi)容說明課堂表現(xiàn)10%平時表現(xiàn)出勤、聽課情況、學(xué)習(xí)態(tài)度、回答問題、提問情況等課堂研討拓展學(xué)習(xí)課堂專題研討參與、課外拓展學(xué)習(xí)情況線上學(xué)習(xí)參與情況可從理論知識學(xué)習(xí)、習(xí)題解答、作業(yè)遞交、問題反饋、完成結(jié)果等幾個方面進(jìn)行評分表5-3平時作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)評分標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)形式評分細(xì)則在線作業(yè)學(xué)習(xí)通上面的單選題、多選題、判斷題等客觀題，答對才給分。課后習(xí)題作業(yè)1.字跡工整，態(tài)度認(rèn)真，正確率90%以上；2.正確率在60%-90%之間；3.正確率低于60%的，字跡工整且體現(xiàn)清晰解題思想的；4.其他情況。參考以上細(xì)則，教師對作業(yè)酌情記分（升檔間隔分3分）或確定等級A（90分），B（80分），C（70分），D（60分及以下），每個等級可用上標(biāo)“+”升檔3分，即A+（93分），B+（83分），A++（96分），A+++（99分）。課程論文1.從選題(20分)、問題陳述(20分)、內(nèi)容與信息(20分)、創(chuàng)新新或提出新見解(20分)、表達(dá)與結(jié)構(gòu)(20分)共5個方面進(jìn)行評分，單項不超過20分，滿分100分（等級A++）；2.只要語言表達(dá)清晰流暢，論述完整，邏輯性強(qiáng)，且論題的信息與數(shù)據(jù)正確，沒有不確定性、猜測性內(nèi)容，記80分（等級B）以上，參考以上細(xì)則，教師對作業(yè)酌情記分（或等級）。其他可能形式：比如讀書報告、課堂報告或小組討論探究性問題教師給出報告或討論主題，學(xué)生自由分組，通過查閱文獻(xiàn)資料準(zhǔn)備課堂報告。基本要求：每個報告時間為5-8分鐘，討論5分鐘；視小組學(xué)習(xí)態(tài)度、PPT完成質(zhì)量(清楚、美觀、科學(xué)、創(chuàng)新，趣味性)，完成效率等進(jìn)行記分，小組報告人記分酌情增加。表5-4實(shí)驗(yàn)考核評分標(biāo)準(zhǔn)90-10080-8970-7960-690-59優(yōu)秀良好中等及格不及格不遲到，不早退，遵守實(shí)驗(yàn)室紀(jì)律。熟練掌握安全操作要求及儀器設(shè)備使用注意事項，實(shí)驗(yàn)操作熟練規(guī)范。實(shí)驗(yàn)報告書寫整潔規(guī)范，結(jié)果正確。視實(shí)驗(yàn)操作情況和上課表現(xiàn)可適當(dāng)加減分?jǐn)?shù)。不遲到，不早退，基本遵守實(shí)驗(yàn)室紀(jì)律。較好地掌握安全操作要求及儀器設(shè)備使用注意事項，實(shí)驗(yàn)操作認(rèn)真，基本規(guī)范。實(shí)驗(yàn)報告書寫整潔規(guī)范，結(jié)果合理，定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)，定性分析基本合理。視實(shí)驗(yàn)操作熟練規(guī)范情況和上課表現(xiàn)可適當(dāng)加減分?jǐn)?shù)。有遲到或早退現(xiàn)象，上課有喧嘩打鬧等不遵守實(shí)驗(yàn)室紀(jì)律現(xiàn)象?；菊莆瞻踩僮饕蠹皟x器設(shè)備使用注意事項，實(shí)驗(yàn)操作不認(rèn)真，不規(guī)范。實(shí)驗(yàn)報告書寫不太規(guī)范，結(jié)果不盡合理，定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差大，定性分析有理論性錯誤。視實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范情況和上課表現(xiàn)可適當(dāng)加減分?jǐn)?shù)。有遲到或早退現(xiàn)象，上課有嚴(yán)重擾亂實(shí)驗(yàn)室紀(jì)律現(xiàn)象。能夠了解一定的安全操作要求及儀器設(shè)備使用注意事項，實(shí)驗(yàn)不動手，不操作，不聽從實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)，經(jīng)教育不改者。實(shí)驗(yàn)報告書寫潦草不規(guī)范，結(jié)果錯誤或明顯抄