《生工专业软件与生物信息学》课程大纲

《生工专业软件与生物信息学》课程大纲课程中文名称：生工专业软件与生物信息学课程英文名称：BiologicalEngineeringSoftwareandBioinformatics课程编号：211T0388学分：1.25学时：32（其中：理论学时：32；实验（上机）学时：24；实践学时：0）先修课程：生物化学、微生物学、现代分子生物学与基因工程适用专业：生物工程课程类别：专业拓展课程/必修使用教材：《生物信息学》，樊龙江，科学出版社，第二版2021年开课单位：生物与制药学院课程简介：一、课程性质本课程是生物工程专业一门专业拓展必修课。生物信息学是一门研究生物和生物相关系统中信息内容物和信息流向的综合系统科学，通过生物信息学的计算处理，人们才能从众多分散的生物学观测数据中获得对生命运行机制的详细和系统的理解。生物信息学也是今后几乎进行所有生物（医药）研究开发所必需的舵手和动力机，只有基于生物信息学通过对大量已有数据资料的分析处理所提供的理论指导和分析，我们才能选择正确的研发方向，同样，只有选择正确的生物信息学分析方法和手段，我们才能正确处理和评价新的观测数据并得到准确的结论。生物信息学在今后的无论是生物（医药）科研还是开发中都具有广泛而关键的应用价值。本课程将讲授生物信息数据库、序列比对、生物信息软件与DNA的序列分析、MEGA与多序列比及构建系统发育树、蛋白质结构预测等内容。此外，本门课程还将讲授生物工程工艺设计、实验设计和数据处理常用软件，包括Aspen、Chemoffice、Origin等的基本原理和使用方法。二、课程目标：课程目标1：能够利用生物工程工艺设计、实验设计和数据处理等常用软件，对特定工艺设计和优化进行数据分析，得出合理的工艺流程、最优工艺条件，找出显著性影响因素；能够利用生物信息学原理和相关软件对基因工程菌的DNA序列和蛋白酶的关键氨基酸残基进行比对分析和有效表达，并通过文献研究证实对问题判断和分析的正确性，对毕业要求2.2具有一定支撑；课程目标2：掌握Aspen流程设计、Origin和正交实验设计与分析软件的基本原理和使用方法，能够针对解决食品发酵与生物医药生产工艺问题的需求，选择和使用相应的模拟和预测软件，并理解其局限性，对毕业要求5.2具有重要支撑；课程目标3：掌握生物信息学的基本原理和方法，能够选择和使用GenBank、PDB等数据库和DNA序列分析软件和primer设计软件等生物信息学数据库和软件用于食品发酵与生物医药生产菌株和酶催化剂的工程改造，并理解其局限性，对毕业要求5.2具有重要支撑；课程目标4：掌握生物工程专业软件与生物信息学资源的自主学习方法，通过自主学习系统进化相关软件应对现代生物技术发展的新挑战、适应生物产业新发展的能力。三、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求毕业要求指标点课程目标对毕业要求的支撑关系2问题分析2.2能够基于生物工程专业的概念、原理、方法，对工程问题进行分析和有效表达，并通过文献研究证实对问题判断和分析的正确性；课程目标15使用现代工具5.2能够针对解决食品发酵与生物医药生产复杂工程问题的需求，选择和使用生物工程领域常用的工程工具、相关软件、专业共享资源和现代分析检测仪器，并能够理解其局限性；课程目标2课程目标312终身学习12.2掌握自主学习的方法，提升通过自主学习应对新挑战、适应新发展的能力；课程目标4四、教学内容及要求（应包含各章节1.教学内容2.重难点3.课程思政融入点4.考核要点5.教学方法（根据课程目标设计相应章节的教学方法，有效保证目标的实现）6.作业安排等）第一章：绪论1.教学内容：1).引言2).生物大分子蕴含的生物信息3).生物信息学的主要应用4).生物信息学的研究内容5).生物信息学的研究意义2.重点难点教学重点：生物信息学的定义，生物信息学的主要应用，生物信息学的研究内容。教学难点：分子生物学的研究内容。3.课程思政融入点播撒科学精神，提升科学素养，生物信息学的发展是科学家不断钻研的结果。4.考核要点生物信息学的主要研究内容。5.教学方法PPT讲授；6.作业安排雨课堂同步作业第二章：生物信息数据库1.教学内容：1).数据库2).核酸数据库3).蛋白质数据库4).专业数据库2.重点难点教学重点：数据库的分类，一级核酸数据库，一级蛋白序列数据库，一级蛋白结构数据库，专业数据库。教学难点：一级核酸数据库，一级蛋白序列数据库，一级蛋白结构数据库，专业数据库。3.课程思政融入点播撒科学精神，提升科学素养，数据库的开发是科学家不断钻研的结果。4.考核要点NCBI-pubmed，NCBI-GenBank,Uniprot,PDB,Pfam,CATH,KEGG等数据库的使用。5.教学方法PPT讲授、演示、实践操作；6.作业安排雨课堂同步作业第三章：序列比对1.教学内容：1).序列比对基本理论2).两条序列比对3).多序列比对4).寻找保守区域2.重点难点教学重点：两条序列比对，多条序列比对。教学难点：序列比对基本理论，多条序列比对。3.课程思政融入点播撒科学精神，提升科学素养，序列比对的算法开发是科学家不断钻研的结果。4.考核要点全局比对，局部比对，NCBI-BLAT，多序列比对，Jalview编辑器，Weblogo，MEME。5.教学方法方法讲授、演示、实践操作；6.作业安排雨课堂同步作业第四章：生物信息学软件与DAN的序列分析1.教学内容：1).Snapgene软件简介2).点突变3).PCR与引物设计4).Restrictionandinsertioncloning5).overlapPCr6).infusioncloning2.重点难点教学重点：PCR与引物设计，Restrictionandinsertioncloning，infusioncloning。教学难点：infusioncloning。3.课程思政融入点播撒科学精神，提升科学素养，clone技术的发展是科学家不断创新的结果。4.考核要点针对目标DNA利用Snapgene进行点突变、PCR与引物设计、Restrictionandinsertioncloning、overlapPCR、infusioncloning。5.教学方法PPT讲授、演示、实践操作；6.作业安排雨课堂同步作业第五章：MEGA与多序列比及构建系统发育树1.教学内容：1).MEGA的下载和安装2).多序列比对3).构建系统发育树2.重点难点教学重点：多序列比对，构建系统发育树。教学难点：构建系统发育树。3.课程思政融入点播撒科学精神，提升科学素养，系统发育树的严谨操作，启发我们科研工作要认真、严谨。4.考核要点利用MEGA进行多序列比对，利用MEGA构建系统发育树。5.教学方法方法讲授、演示、实践操作；6.作业安排雨课堂同步作业第六章：蛋白质结构预测1.教学内容：1).利用软件分析蛋白质的三维结构2).利用网络资源在线预测蛋白质的结构2.重点难点教学重点：蛋白质结构分析和预测。教学难点：蛋白质结构分析和预测。3.课程思政融入点播撒科学精神，提升科学素养，蛋白质结构的预测，启发我们科研工作要认真、严谨。4.考核要点能够对蛋白质的三维结构进行模拟和可视化。5.教学方法方法讲授、演示、实践操作；6.作业安排雨课堂同步作业第七章：生工专业软件的使用1.教学内容：1).正交设计软件使用2).Chemoffice软件使用3).Aspen软件使用4).Origin软件使用2.重点难点教学重点：正交设计软件使用、Chemoffice软件使用、Aspen软件使用、Origin软件使用。教学难点：正交设计软件使用、Origin软件使用。3.课程思政融入点播撒科学精神，提升科学素养，软件的开发是科学家不断探索、创新的结果。4.考核要点正交设计软件使用、Chemoffice软件使用、Aspen软件使用、Origin软件使用。5.教学方法方法讲授、演示、实践操作；6.作业安排雨课堂同步作业五、教学内容对课程目标的支撑关系章节教学内容学时分配支撑的课程目标讲课实验实践1绪论2课程目标12生物信息数据库24课程目标1、33序列比对22课程目标1、34生物信息学软件与DAN的序列分析28课程目标1、35MEGA与多序列比及构建系统发育树4课程目标1、36蛋白质结构预测2课程目标47生工专业软件的使用4课程目标1、2六、考核方式【3】及成绩评定标准（应针对课程目标，对课程考核方式、内容和评分标准进行设计，确保能有效证明课程目标的达成情况）1.课程考核方式：考核方式为：闭卷考试。成绩包括：闭卷考试50%；平时表现占50%（平时作业20%，上机操作30%）；支撑毕业要求课程目标考核与评价方式合计平时作业上机操作课程考试指标点2.2课程目标1461020指标点5.2课程目标2461020指标点5.2课程目标38122040指标点12.2课程目标4461020总分占比%2030501002.课程考核评分标准（应针对课程目标，对课程考核方式、内容和评分标准进行设计，确保能有效证明课程目标的达成情况）课程目标考核要求评分标准高于预期达到预期低于预期优秀良好合格不合格1.期末考试18-2016-1812-16<122.期末考试18-2016-1812-16<123.期末考试36-4032-3624-32<244.期末考试18-2016-1812-16<12七、参考书目：1.《生物信息学》，陈铭，科学出版社，第三版（2018）《生工专业软件与生物信息学》课程简介课程中文名称：生工专业软件与生物信息学课程英文名称：BiologicalEngineeringSoftwareandBioinformatics课程编号：211T0388学分：1.25学时：32先修课程：生物化学、微生物学、现代分子生物学与基因工程适用专业：生物工程内容提要：本课程是生物工程专业一门专业拓展必修课。生物信息学是一门研究生物和生物相关系统中信息内容物和信息流向的综合系统科学，通过生物信息学的计算处理，人们才能从众多分散的生物学观测数据中获得对生命运行机制的详细和系统的理解。生物信息学也是今后几乎进行所有生物（医药）研究开发所必需的舵手和动力机，只有基于生物信息学通过对大量已有数据资料的分析处理所提供的理论指导和分析，我们才能选择正确的研发方向，同样，只有选择正确的生物信息学分析方法和手段，我们才能正确处理和评价新的观测数据并得到准确的结论。生物信息学在今后的无论是生物（医药）科研还是开发中都具有广泛而关键的应用价值。本课程将讲授生物信息数据库、序列比对、生物信息软件与DNA的序列分析、MEG