《合成生物学》课程教学大纲

《合成生物学》课程教学大纲一、课程信息课程代码319B3353课程名称合成生物学课程性质专业选修课学分2学时32先修课程生物制药专业英语、微生物学、生物化学、细胞生物学、化工原理课程负责人适用专业生物制药课程简介：《合成生物学》是研究以工程化设计理念，对生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成，以解释生命规律和构筑新一代生物工程体系的一门新兴多学科交叉会聚的工程学科，是生物制药专业的一门专业选修课。该课程讲解如何在理性设计原则指导下组装并合成新的、具有特定功能的生物系统；对生物系统进行有目标的设计、改造乃至重新合成，突破了生命发生与进化的自然法则，促进了对生物密码从“读”到“写”的质变，实现了由传统的“格物致知”向“建物致知”转化。基于工程学理念的合成生物学，采用标准化的生物元件和基因线路，在理性设计原则指导下组装并合成新的、具有特定功能的生物系统。通过本课程的教学，学生理解生物技术工程化、技术应用发展和技术进步对于知识和能力的影响与要求，了解国内外生物制造的现状和发展趋势；了解与生物合成有关的标准化的生物元件、基因线路、产物合成与调控、代谢工程技术原理及微生物的代谢规律和发酵调控的基本知识；掌握从分子、细胞和工艺工程水平去探讨单点调控和全局调控的内在机制及外在环境条件的优化、控制；能够利用数学原理和计算机协助分析出各人工细胞构造与产物合成之间的关系，具有生物学建模和生物医药制造方面的具体解决方案的能力。二、课程目标通过本课程的学习与训练，学生应具备以下几方面的目标:通过本课程学习，学生能够理解合成生物学工程化理念、生物学发展和多学科聚合研究对于知识和能力的影响与要求，了解国内外生物制造的现状和发展趋势；通过本课程学习，学生能够了解与生物法合成有关的生物学解析、生物积块的标准化、生物层级化结构、生物的逻辑结构及新反应与与网络设计原理的基本知识；通过本课程学习，学生能够通过工程化原理，设计完整的具有特定功能的生物系统，具有计算机协助生物学建模和生物医药制造方面的具体解决方案的能力。通过本课程学习，学生通过生物系统中不同功能生物元件协同运作，理解社会主义核心价值观，实现自我价值的客观定位，培育推动民族复兴和社会进步的责任感、使命感。

课程目标对毕业要求的支撑关系表毕业要求毕业要求指标点课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求1毕业要求指标点1.1H毕业要求指标点1.2H毕业要求8毕业要求指标点8.1H毕业要求12毕业要求指标点12.1M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合成生物学概述课程目标1生物学的起源与发展生物学的产生过程生物学的工程化特质与研究范畴了解生物学的历史与发展中的重要科学发现和重要节点，预测未来发展趋势；掌握合成生物学的定义与研究策略；明确生物学的工程化特质和研究范畴；理解合成生物学与遗传学、分子生物学、生物信息学、基因工程、代谢工程的交叉。教学方法：课堂讲授、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合理论2学时课程思政元素：探索精神、工匠精神和使命担当。课程思政教学内容设计：通过讲解国际生物学工程化发展历程及近年来我国在合成生物学方面的成就以及贡献，结合生物药物制造行业的发展，激发学生的学习兴趣以及自豪感；通过讲解国内学者在合成生物学领域的艰苦奋斗，让学生自然地领悟工匠精神的传承,从而达到思政育人的效果。合成生物学原理课程目标2、4生物学解析的思路生物积块的标准化及定量化生物的层级化结构生物的逻辑结构生物的设计原理与简约性新反应与网络的设计原理掌握生物的解耦、抽提、标准化方法；了解生物积块的通用符号和功能描述、标准连接方法和定量机制；解析生物元件、生物装置和生物系统等层级化结构并理解多细胞交互与群体感应；理解生物的基本逻辑结构和组合逻辑结构，自主开展生物逻辑结构分析工作；掌握基因网络的工程化设计原理和定向进化基因网络设计原理；开发新反应途径，明确组合同源和组合异源代谢网络。教学方法：课堂讲授、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合理论8学时课程思政元素：探索精神、团结协作。课程思政教学内容设计：通过学习如何将不同功能的生物元件组成复杂一些的生物装置，不同功能的生物装置协同运作构成更为复杂的生物系统。并将生物元件、生物装置、生物系统类比成个体、社会、国家，系统的稳定取决于生物元件、生物装置之间的适配性；同样，不同的个体发挥着不同的功能，个体之间相互协作才能促进社会的进步，国家的稳定和发展也取决于个体的奉献和社会的和谐。合成生物学的基因线路课程目标2、4基因线路概述基因线路调控元件逻辑门基因线路开关基因线路基因线路调控方式了解基因线路的起源、类型和调控元件；掌握逻辑门基因线路和开关基因线路，了解基因线路调控方式。教学方法：课堂讲授、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合理论6学时课程思政元素：探索精神、爱国情怀。课程思政教学内容设计：合成生物学既有自然科学分析和认知的特性，也具备工程学设计与建造的特点。从科学方法论的角度理解合成生物学的研究方法，结合中国的特色和国情，在课程自身知识体系中进行社会主义核心价值观的树立和引导。合成生物系统的设计与组装课程目标2、3、4生物的设计生物的组装与构建生物的优化生物的分析与筛选“设计-构建-检验-重设计”的特征循环了解生物底盘细胞及生物所需元件和挖掘途径，掌握计算机辅助设计与分析方法；了解多基因代谢途径的构建，掌握单一基因、多基因途径的组合优化；分析与评价功能模块与底盘适配性，并了解快速检测技术对生物重设计的影响。教学方法：课堂讲授、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合理论6学时课程思政元素：创造精神、立德树人。课程思政教学内容设计：结合“设计-构建-检验-重设计”的特征循环优化合成生物系统的案例，通过时间线和生物合成路线的交叉，系统讲述合成生物学在中国历史发展过程中的过去、现在和未来，将可实现育人和育才的有机统一。合成生物系统的调控和优化课程目标2、3生物的单点调控与优化基因组水平的全局调控与优化理性调节与随机调节了解生物在DNA、RNA和蛋白质水平的调控与优化方式；了解基因打靶技术和生物基因组编辑技术，解析宏基因组学和比较基因组学；掌握转录组学、蛋白质组学、代谢组学和功能基因组学调控机理和策略；了解多组学发展在生物制造中的应用前景。教学方法：课堂讲授、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合理论6学时课程思政元素：工匠精神、坚韧不拔。课程思政教学内容设计：使用新媒体手段和从中国优秀传统文化角度切入，讲述合成生物学技术给传统酿酒、酿醋工艺带来的巨大变革，以我国科学家在生产菌株改造方面取得了系列突破，建立了降解性能强、鲁棒性好、生产效率高的生物发酵体系，在世界处于领先地位，体现我国社会主义制度优越性。生物学建模与计算机辅助工具课程目标2、4生物数学建模的基本分析方法生物数学模型的分析与评价生物的基本数学模型生物在大数据时代的文库构建与建模计算机技术在生物学研究中的运用了解生物法合成中的建模目的及模型特点；掌握生物数学建模的基本分析方法和流程；分析与评价模型拓扑结构和动力学参数；了解生物学模型与文库在大数据时代的特点和挑战；预测生物建模在大数据时代的发展方向教学方法：课堂讲授、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合理论4学时课程思政元素：创新精神、追求进步。课程思政教学内容设计：通过对现在信息技术的学习，了解不同学科的技术革新对生物制造的重大影响，在大数据时代下，不要墨守成规拘泥于书本知识，利用好网络资源实现生物医药制造领域新的突破。四、成绩评定及考核方式知识单元对应课程目标考核方式成绩评定合成生物学概述课程目标1出勤及课堂表现、课后作业课程成绩包括2个部分，分别为出勤及课堂表现和课后作业。具体要求及成绩评定方法如下：1.出勤及课堂表现（40%），具体方案为：总分为100分，无故旷课一次扣5分，无故旷课超过学校规定次数者，按学校有关规定处理；上课睡觉、玩手机、吃零食者被老师发现一次扣5分。2.课后作业（60%），每个知识单元布置一次课后作业，评分以答题思路的规范性、整洁性、整体性、逻辑性、创新性为依据，每次满分为100分，最后取平均分。合成生物学原理课程目标2、4出勤及课堂表现、课后作业合成生物学的基因线路课程目标2、4出勤及课堂表现、课后作业合成生物系统的设计与组装课程目标2、3、4出勤及课堂表现、课后作业合成生物系统