《细胞生物学与工程》课程教学大纲

《细胞生物学与工程》课程教学大纲课程信息课程代码319B3221课程名称细胞生物学与工程课程性质学科必修学分3.0学时48先修课程普通生物学、微生物学适用专业生物工程课程简介（300字左右）：细胞生物学与工程课程教学目的是使学生了解细胞生物学和细胞工程领域发展现状和发展趋势，掌握主要概念、基本原理和机制、工艺流程与技术要点，能够具备从事细胞生物学与细胞工程领域科研、产品开发及监管方面的基本能力。课程主要内容包括两部分，第一部分（上篇）是细胞生物学，包含：细胞生物学研究方法，细胞质膜、物质跨膜运输、内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输、细胞骨架等；第二部分（下篇）是细胞工程，包含：植物组织与器官培养、细胞融合与体细胞杂交、多倍体与单倍体育种、植物细胞培养与代谢产物生产、胚胎分割与嵌合动物、体外受精与核移植技术、动物细胞生物制药、动物细胞培养、干细胞工程等。该课程的教学目标是学生能利用细胞生物学知识分析复杂的生物学问题，能够初步设计细胞工程领域主要技术流程，以及评判细胞生物学与工程前沿和综合技术或产品的合理性与安全性，能够从事细胞生物学与细胞工程领域相关的科研、产品开发及监管等方面的社会工作。二、课程目标通过本课程的学习，学生应具备以下几方面的目标:1.掌握细胞的形态结构特点和细胞重大生命活动规律，包括细胞质膜、物质跨膜运输、细胞质基质与内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输、细胞骨架等，能够利用细胞生物学知识对复杂生物工程问题解决方案进行比较与合理选择。2.学生掌握细胞生物学和细胞工程中基本理论并了解前沿领域，包括细胞质膜、物质跨膜运输、内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输、细胞骨架、植物细胞与组织培养、体细胞杂交、多倍体与单倍体育种、植物细胞培养与代谢产物生产、胚胎分割与嵌合、体外受精与核移植技术、动物细胞生物制药、动物细胞培养、干细胞工程等，能够正确识别和判断复杂细胞生物学与细胞工程问题的关键环节。3.掌握细胞生物学与细胞工程中主要问题研究思路与方法、技术流程与要点，包括物质跨膜运输、内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输、细胞骨架、植物细胞培养与代谢产物生产、体细胞杂交、多倍体与单倍体育种、胚胎分割与嵌合、体外受精与核移植技术、动物细胞生物制药、动物细胞培养等，能够分析影响技术方案的各种因素。4.学生具备能够识别、分析和客观评价细胞工程实践中复杂问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的潜在影响及承担相关责任的能力，主要包括细胞融合与体细胞杂交、植物细胞培养与代谢产物生产、动物细胞培养、体外受精与核移植技术、干细胞工程等。课程目标对毕业要求的支撑关系表毕业要求毕业要求观测点课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求11.4能将工程和专业知识用于复杂生物工程问题解决方案的比较。√毕业要求22.1能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，正确识别和判断复杂生物工程问题的关键环节。√毕业要求33.1掌握生物工程工艺设计及产品开发的技术和方法，并了解影响设计目标和技术方案的各种因素。√毕业要求66.2能识别、量化、分析和客观评价生物工程实践和复杂生物工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的潜在影响，并理解应承担的责任。√三、教学内容与预期学习成效知识单元对应课程目标知识点预期学习成效实现环节学时第一部分（上篇）:细胞生物学1.绪论课程目标21.细胞学与细胞生物学2.细胞的同一性与多样性知识目标：1.掌握：细胞学说内容及意义；古核细胞概念与特征；原核细胞、古核细胞与真核细胞的特征比较。2.理解：细胞是生命活动的基本单位主要观点；真核细胞三大结构体系特征。3.了解：经典和实验细胞学特征和内容；细胞生物学的形成和发展特点；病毒与细胞的关系。能力目标：能区别原核、真核及古核细胞的概念与特征。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2课程思政元素：认识论、探索精神、创新精神、分析思维、比较归纳能力课程思政教学内容设计：通过细胞的发现和细胞生物学发展过程的讲述，引发学生探索和创新思维意识和成就自豪感；通过原核、真核和古核细胞的比较，培养学生分析比较和归纳能力。2.细胞生物学研究方法课程目标1、21.细胞形态结构的观察方法2.细胞组分的分析方法3.细胞及生物大分子的动态变化知识目标：掌握：各种光学和电子显微镜观察细胞形态结构的优点及用途；细胞离心分离、免疫荧光技术、原位杂交技术、流式细胞仪、荧光漂白恢复技术、酵母双杂交技术、放射自显影技术的概念与应用；了解：各种光学与电子显微镜原理；细胞组分分析各大技术原理；细胞及生物大分子的动态变化分析各大技术原理。能力目标：能根据细胞结构层次选择适宜显微镜；能对细胞核酸与蛋白质组分及其动态变化选择合适的研究方法。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。4课程思政元素：探索精神、创新精神、分析思维、抽象思维、科学精神课程思政教学内容设计：通过对细胞形态结构观察、组分分析和生物大分子动态变化研究方法与先进技术的讲述，激发学生抽象理解思维、探索和创新思维和实践应用能力，培养科学态度。3.细胞质膜课程目标1、21.细胞质膜的结构模型与基本成分2.生物膜基本特征与功能知识目标：掌握：流动镶嵌模型和现代生物膜模型主要观点；细胞膜生物功能。理解：细胞膜蛋白和膜脂流动性和分布不对性和影响因素；脂质体概念及应用。了解：细胞膜基本成分；膜骨架。能力目标：能通过实验设计证明细胞膜蛋白和膜脂具有流动性。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。3课程思政元素：认识论、探索精神、创新精神、分析思维、比较归纳能力课程思政教学内容设计：通过细胞的发现和细胞生物学发展过程的讲述，引发学生探索和创新思维意识和成就自豪感；通过原核、真核和古核细胞的比较，培养学生分析比较和归纳能力。4.物质的跨膜运输课程目标1、21.膜转运蛋白与小分子及离子的跨膜运输2.ATP驱动泵与主动运输3.胞吞作用与胞吐作用知识目标：理解并掌握：自由扩散和协助扩散运输方式的特点；掌握Na+-K+泵和协同运输特点、机制与功能；胞吞与胞吐作用的特点与机制区别；了解：膜转运蛋白其他类型、钙泵、V型和F型质子泵和ABC转运超家族、膜电位、膜融合机制。能力目标：能比较被动与主动运输方式、胞吞与胞吐作用运输之间的区别。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。4课程思政元素：认识论、理解力、创新精神、分析思维、比较能力课程思政教学内容设计：通过对ATP驱动泵和受体介导的胞吞作用机制的讲授，培养学生对复杂机理理解和逻辑思维能力，认识细胞运转之精巧强大。5.细胞质基质与内膜系统课程目标1、21.细胞质基质及其功能2.细胞内膜系统及其功能知识目标：理解并掌握：细胞质基质功能和泛素降解机制；内质网、高尔基体、溶酶体结构与功能。了解：内质网应激及其信号调控路径与机制；过氧化物酶体结构与功能。能力目标：能阐明蛋白质从起始合成到加工所涉及的细胞场所和机制。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。5课程思政元素：认识论、系统思维、分析思维、理解力、比较能力、探索精神课程思政教学内容设计：通过细胞内膜系统结构与功能及运转机制的学习，培养学生系统性和缜密逻辑思维和对复杂事物的分析与深入理解能力。6.蛋白质分选与膜泡运输课程目标1、21.细胞内蛋白质的分选2.细胞内膜泡运输知识目标：1.理解并掌握：信号假说与分泌蛋白共转移分选机制；细胞内蛋白质分选转运基本途径；三种类型膜泡运输之间区别。2.了解：蛋白质向线粒体和叶绿体的分选方式与机制；转运膜泡与靶膜的锚定和融合机制。能力目标：能讲述清楚内膜系统结构与功能之间的关系和分泌蛋白分选机制。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。3课程思政元素：认知力、分析思维、抽象思维、理解力、比较能力、探索精神课程思政教学内容设计：通过对蛋白质分选途径与信号引导输入机制的学习，培养学生缜密逻辑思维和对复杂事物的分析与抽象理解能力。7.细胞骨架课程目标1、21.微丝与细胞运动2.微管及其功能3.中间丝知识目标：1.理解和掌握：微丝结构特点、装配踏车机制、运动功能和肌肉收缩机制；微管结构特点、装配踏车机制、参与的结构与运动功能；中间丝结构与功能。2.了解：微丝和微管结合蛋白类型与功能；中心体与基体结构特征；中间丝主要类型、组成成分和组装机制。能力目标：能对微丝、微管和中间丝在结构特性和运动功能等方面异同进行比较。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。4课程思政元素：认知力、理解力、分析思维、比较与归纳能力，科学精神课程思政教学内容设计：通过微丝、微管与中间丝结构与多种功能的学习，培养学生系统性和缜密思维，对复杂事物的分析与深入理解能力，以及比较归纳能力。第二部分（下篇）：细胞工程8.细胞工程简介课程目标2、3生物工程细胞工程知识目标：1.理解并掌握：细胞工程概念、主要内容和细胞工程主要应用领域及相关技术。2.了解：生物工程概念、细胞工程与生物工程中其他工程之间的关系。能力目标：能说明细胞工程主要应用价值及与其他工程之间区别。教学方法：讲授法、示例法、讨论法；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2课程思政元素：认识论、理解力、应用能力、爱国情怀、创新精神课程思政教学内容设计：通过细胞工程概念与应用价值的介绍，培养学生认知和实践应用能力以及创新精神；通过对我国取得细胞工程领域技术成就的介绍，激发学生爱国情怀和创新精神。9.植物组织与器官培养课程目标2、3植物组织培养植物胚胎培养知识目标：1.掌握：植物组织培养再生途径，培养基主要成份及作用，组织培养存在主要问题及解决措施。2.了解：植物胚胎培养类型和主要特点。能力目标：能阐明植物组织培养培养基主要成分、培养过程要求及问题分析。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。3课程思政元素：认知力、理解力、分析思维、比较能力、实践应用能力课程思政教学内容设计：通过对植物组织与器官培养基本途径理论和培养基成分与功能的讲授，培养学生理解力、分析思维、实践应用和比较能力。10.细胞融合与体细胞杂交育种课程目标2、3细胞融合体细胞杂交知识目标：1.掌握：细胞融合的概念、类型、原理与方法；体细胞杂交育种意义、技术路线、杂种细胞筛选与杂种植株鉴定方法。2．了解：杂种细胞筛选与杂种植株鉴定原理。能力目标：能设计双亲本体细胞杂交技术流程和阐明方法要点。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2课程思政元素：认知力、理解力、逻辑思维、创新精神、实践应用能力课程思政教学内容设计：通过细胞融合方法与原理的讲授，培养学生认知力和理解能力；通过对体细胞杂交技术的讲授，培养学生实践应用能力和创新思维。11.多倍体与单倍体植物育种课程目标2、3多倍体植物育种单倍体与纯合二倍体植物育种知识目标：理解并掌握：染色体工程概念与变异原因；多倍体植物优点；秋水仙素处理法培育多倍体植物的原理与技术要点；多倍体植物鉴定方法；单倍体植物在育种上应用价值。了解：单倍体植物培育方法。能力目标：能阐明多倍体与单倍体育种在生产上的应用价值和育种技术流程。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2课程思政元素：认识论、分析思维、比较归纳能力、创新精神课程思政教学内容设计：通过对植物多倍体与单倍体概念、育种方法及特点的比较学习，培养学生对育种技术的认知力、分析比较归纳和实践应用能力，以及科学创新精神。12.植物细胞培养与代谢产物生产课程目标2、3植物细胞培养技术植物代谢产物生产知识目标：理解并掌握：植物单细胞分离方法、植物细胞小规模常用方法，植物细胞大规模培养生物反应器类型及优缺点、大规模培养主要方式；植物细胞固定化培养概念、优缺点及方法；次生代谢产物的概念、应用领域、影响因素及提高策略。了解：植物细胞特点和小规模其他培养法；固定化培养生物反应器；次生代谢产物合成路径与分离方法。能力目标：能合理选择植物细胞小规模和大规模培养的方法；能举例阐明植物次级代谢产物应用价值。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。4课程思政元素：系统论、应用能力、创新精神、比较归纳能力课程思政教学内容设计：通过对植物细胞培养三种模式、方法技术、原理和次级代谢产物应用的讲授，培养学生系统思维、实践应用、比较归纳能力和科学创新精神。13.胚胎分割与嵌合动物课程目标2、3、4胚胎工程胚胎分割胚胎嵌合胚胎冷冻保存配子保存知识目标：1.理解并掌握：胚胎工程、胚胎分割、嵌合体动物的概念；胚胎和配子冷冻保存方法。2．了解：胚胎分割和胚胎嵌合的方法。能力目标：能对胚胎与配子保存选择合适的冷冻剂。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。1.5课程思政元素：认知力、应用能力、创新精神课程思政教学内容设计：通过对胚胎分割与冷冻保存方法的介绍，培养学生认知对新技术的认知和理解能力，应用能力和科学精神。14.体外受精与核移植动物课程目标2、3、41.体外受精动物2.试管婴儿3.性别控制4.核移植动物知识目标：掌握：体外受精、核移植技术克隆动物的流程与技术要点；试管婴儿培育技术要点。了解：性别控制方法及原理。能力目标：能比较体外受精法和核移技术培育动物在流程和技术上的异同点；能阐明试管婴儿培育流程与要点。教学方法：讲授法、示例法、讨论法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2课程思政元素：认知力、理解力、抽象思维、应用能力、创新精神、比较归纳能力课程思政教学内容设计：通过体外受精和核移植克隆动物技术的比较学习，培养学生逻辑思维、对复杂抽象技术理解能力、应用能力和比较归纳能力。15.动物细胞培养课程目标2、3、41.动物细胞培养的特点2.体外培养细胞生长和增殖过程3.动物细胞与组织小规模培养4.动物细胞大规模与生物反应器5.动物细胞培养工艺6.动物细胞大规模培养的影响因素知识目标：掌握：动物细胞生长曲线和增殖过程特征，血清培养基的优点，微载体法大规模培养细胞技术要点；动物细胞大规模培养影响因素。了解动物细胞培养特点、培养工具和工艺，其他培养基及细胞株来源，动物细胞小规模方式。能力目标：能合理选择适当的生物反应器与方法培养动物细胞。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。3课程思政元素：系统论、抽象思维、应用能力、创新思维、科学精神课程思政教学内容设计：通过动物细胞培养三种方法、原理及影响因素的讲授，培养学生系统性、发散性和实践应用能力，以及创新精神。16.动物细胞生物制药课程目标2、3、41.基于天然动物细胞的生物制药2.杂交瘤细胞生产单克隆抗体知识目标：掌握：疫苗概念、类型和制备流程；干扰素概念和类型；杂交瘤技术制备单克隆抗体流程、原理和技术要点。了解：人源化单克隆抗体类型与意义。能力目标：能阐明杂交瘤技术制备单克隆抗体的流程与技术要点。教学方法：讲授法、讨论法、示例法、比较法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2课程思政元素：认知力、理解力、分析思维、应用能力、创新精神课程思政教学内容设计：通过对杂交瘤单克隆抗体生产技术与原理的讲授，培养学生认知力和对复杂技术理解能力，以及应用能力，针对存在问题激发科学创新精神。17.干细胞工程课程目标2、41.干细胞2.胚胎干细胞3.成体干细胞1.掌握：干细胞概念、特征、意义与分类；胚胎干细胞和成体干细胞的基本概念、来源、鉴定方法及存在主要问题。2.了解：胚胎干细胞和成体干细胞分离与培养方法。能力目标：会比较胚胎干细胞与成体干细胞在来源、特征、分离方法及存在问题等方面异同。教学方法：讲授法、示例法、讨论法。教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。1.5课程思政元素：认知力、理解力、分析思维、比较归纳能力、应用能力、创新精神课程思政教学内容设计：通过对胚胎与成体干细胞概念、来源、培养过程和存在问题的介绍，培养学生认知力、理解力、分析比较和应用能力，激发科学创新精神。四、考核及成绩评定（一）考核及成绩评定方式考核与成绩评定表课程目标观测点考核与评价方式及成绩比例（%）合计（%）形成性过程考核终结性考核平时表现作业提问讨论期末考试课程目标11.41.05.51.016.824.3课程目标22.12.55.53.033.744.7课程目标33.11.03.05.016.025.0课程目标46.20.51.01.03.56.0汇总5151070100本课程总评成绩由以下方式给出，即：总评成绩=考试成绩×70%+作业成绩×15%+提问讨论×10%+平时成绩×5%，其中：考试成绩：根据课程的理论知识考试成绩给出，考试采用闭卷形式进行，包括名词解释、选择题、填空题、简述题、综合题等，覆盖大纲大部分知识点。满分100分，占总评成绩的70%（其中细胞生物学知识占42%，细胞工程知识占28%）。作业成绩：按照教学进度，教学过程中布置4次作业，每次小作业满分为100分，作业成绩占课程总成绩的15%，其中支撑课程目标1的为作业1、2，占作业总成绩的30%，支撑课程目标2为作业2、3，占作业总成绩的40%，支撑课程目标3为作业3、4，占作业总成绩的20%，支撑课程目标4的为作业4，占作业成绩的10%，课堂提问与参与讨论成绩：老师对之前知识学习效果提问检查，或者对现讲知识进行逻辑分析思维能力训练提问，满分100分，占总评成绩的10%。平时成绩：根据课程内容对学生在课堂上的回答问题的表现情况给分。其中支撑课程目标1的表现占比40%；支撑课程目标2的表现成绩占比30%；支撑课程目标3的表现成绩占比20%，支撑课程目标4的表现成绩占比10%。满分100分，占总评成绩的5%。（二）评分标准课堂提问讨论评分标准（以满分100计）评价指标（100分）优（90-100分）良（75-90分）中（60-75分）差（<60分）积极程度（20分）主动积极回答指名后回答再三促催才回答态度消极或恶劣回答正确程度（80分）回答要点全面，观点正确，解释合理。回答70%以上要点，观点基本正确，解释基本合理。能答出50%-70%要点，观点存在部分错误，不会解释。回答基本错误或完全错误作业评分标准（每项内容均以100分计）内容优（90-100分）良（75-90分）中（60-75分）差（<60分）支撑课程目标关于细胞多样性与统一性、细胞生物学研究方法的作业回答完整，条理清晰；正确率90%以上；文字清晰。内容存在10%-30%错误或缺失；文字较整洁能辨认。内容存在40%-60%错误或缺失；字迹潦草。内容存在60%以上错误或缺失；字迹潦草难以辩认。1关于细胞质膜、物质跨膜运输方面的作业概念清晰；技术要点完整；观点正确；解释较详细、合理；字迹清晰。概念基本明确；技术要点存在1-3条错误或缺少；解释简陋；字迹清楚。概念不太清楚；技术要点存在50%-60%错误或缺失；无解释；字迹潦草。概念和技术要点60%以上错误或缺失；无解释；字迹难以辨认。1、2关于内膜系统和蛋白质分选与膜泡运输的作业概念清晰；技术要点完整；观点正确；解释较详细、合理；字迹清晰。概念基本明确；技术要点存在1-3条错误或缺少；解释简陋；字迹清楚。概念不太清楚；技术要点存在50%-60%错误或缺失；无解释；字迹潦草。概念和技术要点60%以上错误或缺失；无解释；字迹难以辨认。2、3、4关于细胞工程概论、原生质体变异和细胞融合与杂交方面的作业技术路线完整、正确；能阐述