《合成生物学》课程教学大纲

《合成生物学》教学大纲课程编号：08220205英文名称：BiomedicalInstruments学分：2.5学时：总学时48学时，其中理论32学时，实践16学时先修课程：生物化学、遗传学、分子生物学课程类别：专业主干课程授课对象：生物科学专业学生教学单位：生命科学学院修读学期：第6学期一、课程描述和目标合成生物学是一门新兴的交叉学科，包含生物学、工程学、数学、计算机、物理和化学等。其所涵盖的科学知识、科学技术都是现代科学发展的前沿。通过这门课程的学习，学生可以广泛涉猎不同学科领域的交叉、融合，拓宽知识面，提高综合素养，还可以培养学生的创新精神、创新意识和创业能力。合成生物学是将生物系统的合成和遗传线路的连接工程化，与集成电路的制造方法一样，先设计、再制造、再设计。其最终目的是要通过这种理性设计和再设计的过程，获得人们所需要的生物功能，并通过实验得以实现，从而推动疾病诊断、药物治疗、基因编码及生命起源等方面的研究。其主要内容包括生物基因元件的模块化与标准化原理，基因元件的组装和表征，合成生物学的经典人工基因线路，基因组合成与编辑技术等。课程目标1：本课程要求学生掌握生物基因元件的模块化与标准化原理，基因元件的组装和表征，合成生物学的经典人工基因线路，基因与基因组的合成与编辑技术。课程目标2：熟悉人造生命系统的安全控制与伦理规范，并在实践中严格遵守。课程目标3：了解合成生物学在工业、农业、能源和医疗健康领域的应用。二、课程目标对毕业要求的支撑关系本课程教学目标对毕业要求的支撑关系如表2-1所示。表2-1课程教学目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标支撑强度（H、M、L）指标点4-1：具有生物医药行业的产品研发、技术应用和项目管理和申报的能力。课程目标1课程目标2课程目标3H（高支撑）指标点4-2：具有生物医学产业的疾病诊断相关试剂开发、产品研发和产品注册与管理的能力。课程目标2课程目标3H（中支撑）指标点7-2：理解现代生物技术对人类健康造成的潜在风险，以及引发的伦理问题。课程目标1M（中支撑）三、教学内容、基本要求与学时分配本课程总学时48学时，其中理论32学时，实践16学时，课后自主学习不占学时。表3-1理论教学环节教学内容、基本要求、课程目标与学时分配序号教学内容基本要求及重、难点（含德育要求）学时教学方式对应课程目标1绪论熟悉合成生物学概念；理解生命现象的结构基础、结构数据的特性；合成生物学研究的核心内容，生物大分子的合成与模块化，合成生物学的应用研究；高通量结构检测和界溪技术；基因线路的合成与构建。2集中讲授课程目标12生物大分子结构的基础原理生物大分子结构数据库和数据描述掌握蛋白质的结构特性，蛋白质折叠类型、功能与错误折叠，蛋白质-蛋白质相互作用，DNA的结构特性等。同时，掌握高通量结晶技术与高分子X涉嫌结构解析中的计算技术，X涉嫌结构电子云密度图的解析等生物大分子结构的研究方法理解和掌握proteindatabank数据库，大分子三维结构图形程序，蛋白质结构进化和SCDP数据库、CATH数据库的序列识别算法、结构域便捷的识别等。4集中讲授课程目标1、2、33结构比对与质量验证蛋白质结构与功能预测掌握蛋白质结构比较算法和优化、多结构比对，蛋白质折叠空间图谱，用于结构检查的软件。掌握从蛋白质结构推测蛋白质功能，结构功能预测方法。蛋白质分析软件简介，蛋白质二级结构预测软件及实例。4集中讲授课程目标1、2、34生物大分子互作从进化信息预测蛋白质相互作用，静电相互作用；蛋白质分子动力学模拟与蛋白质结构预测现状与发展趋势。2集中讲授小组报告课程目标1、2、35合成生物原件、装置和生物模块掌握合成生物学元件、装置、系统和模块的定义；从元件到功能基因的组装；合成蛋白质；合成DNA元件和装置的应用研究4集中讲授小组报告课程目标1、2、36合成基因网络掌握合成基因线路，合成基因网络，合成生物学与基因表达的进化。4集中讲授课程目标1、37合成生物系统掌握从头合成基因组的相关概念、基本路线和方法；Biobrick、BglBricks等方法合成简化的生物系统，合成多细胞系统的基础研究和应用6集中讲授小组报告课程目标1、2、38合成代谢途径掌握合成代谢途径的定向策略和实例，合成代谢途径的构建与最佳化，合成代谢途径的设计及再设计6集中讲授课程目标1、2、3合计32表3-2实践教学环节教学内容、基本要求、课程目标与学时分配序号实验项目实验内容与要求学时类型对应课程目标1生物大分子结构数据库及其数据应用使用UNIPROT蛋白质序列数据库和PROTEINDATABANK蛋白质结构数据库的数据信息进行序列比对和结构比对，并进行分析4验证课程目标1课程目标2课程目标32核酸结构与功能预测使用RNAStructure、Pflod、MARNA等软件对RNA的二级和三级结构进行预测，蛋白之间结构域功能预测。4验证课程目标1课程目标2课程目标33蛋白质结构域功能预测蛋白质二级结构和三级结构预测与结构功能分析。4验证课程目标1课程目标2课程目标3合成生物原件、装置、生物模块和代谢途径的合成使用合成生物学软件GenoCAD、BioJADE、TinkerCell等进行原件、装置、系统的合成，完成细胞代谢途径、酶、遗传控制线路设计。4设计课程目标1课程目标2课程目标3合计16注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括演示、验证、综合、设计等。四、课程教学方法本课程在教学方式上主要采用教师课堂教学为主、学生课后学习为辅的教学模式，以达到符合毕业要求指标点的教学目的。其中，课堂教学主要采用课堂讲授、启发式、案例式、讨论式、研究式等教学方法，同时辅以学习通平台的各项功能丰富课堂教学形式。课后学习主要采用学生自主学习、依托学习通学习和教师指导为辅的教学方式。五、学业评价和课程考核本课程采用过程性考核和结果性考核相结合的方式，总评成绩由课堂表现、平时作业、实验和期末闭卷考试等四个方面组成，采用百分制计分制，具体计算方法如下：总评成绩=课堂表现(100分制)×5%+平时作业(100分制)×15%+实验成绩(100分制)×30%+期末考试成绩(100分制)×50%。表5-1课程考核评价标准考核依据建议分值考核/评价细则对应的课程目标平时成绩50%课堂表现5%课堂表现包括出勤情况、听课情况、课堂讨论参与情况、教学上互动和学习反馈、线上讨论参与情况等等。修课学生基础分80分，若发生迟到、无故旷课、学习态度差(课堂玩手机、多言好睡等)现象一次，则扣1-5分，扣完为止；积极参与回答问题或有效提问者，酌情加分2-5分，上限20分。学期末该分值×5%核定分值计入总评成绩。课程目标1平时作业15%平时作业（包括在线作业、课后作业、课程论文等形式）批改以百分制登记，教师批阅给分，不交作业记为零分，最后作业成绩按平均分值计算。学期末平均分值×30%核定分值计入总评成绩。课程目标1课程目标2课程目标3实验成绩30%根据修课学生每次实验操作的规范性、实验报告完成的质量情况打分，成绩以百分制登记，最后实验成绩按平均分值计算。学期末该分值×30%核定分值计入总评成绩。课程目标1课程目标2课程目标3期末考试成绩50%修课学生参加期末考试，教师批阅试卷，成绩以百分制登记，学期末以该分值×50%核定分值计入总评成绩。课程目标1课程目标2课程目标3表5-2课堂表现评分标准考核类型分值比重考核指标考核内容说明课堂表现10%平时表现出勤、听课情况、学习态度、回答问题、提问情况等课堂研讨拓展学习课堂专题研讨参与、课外拓展学习情况线上学习参与情况可从理论知识学习、习题解答、作业递交、问题反馈、完成结果等几个方面进行评分表5-3平时作业评分标准评分标准作业形式评分细则在线作业学习通上面的单选题、多选题、判断题等客观题，答对才给分。课后习题作业1.字迹工整，态度认真，正确率90%以上；2.正确率在60%-90%之间；3.正确率低于60%的，字迹工整且体现清晰解题思想的；4.其他情况。参考以上细则，教师对作业酌情记分（升档间隔分3分）或确定等级A（90分），B（80分），C（70分），D（60分及以下），每个等级可用上标“+”升档3分，即A+（93分），B+（83分），A++（96分），A+++（99分）。课程论文1.从选题(20分)、问题陈述(20分)、内容与信息(20分)、创新新或提出新见解(20分)、表达与结构(20分)共5个方面进行评分，单项不超过20分，满分100分（等级A++）；2.只要语言表达清晰流畅，论述完整，逻辑性强，且论题的信息与数据正确，没有不确定性、猜测性内容，记80分（等级B）以上，参考以上细则，教师对作业酌情记分（或等级）。其他可能形式：比如读书报告、课堂报告或小组讨论探究性问题教师给出报告或讨论主题，学生自由分组，通过查阅文献资料准备课堂报告。基本要求：每个报告时间为5-8分钟，讨论5分钟；视小组学习态度、PPT完成质量(清楚、美观、科学、创新，趣味性)，完成效率等进行记分，小组报告人记分酌情增加。表5-4实验考核评分标准90-10080-8970-7960-690-59优秀良好中等及格不及格不迟到，不早退，遵守实验室纪律。熟练掌握安全操作要求及仪器设备使用注意事项，实验操作熟练规范。实验报告书写整洁规范，结果正确。视实验操作情况和上课表现可适当加减分数。不迟到，不早退，基本遵守实验室纪律。较好地掌握安全操作要求及仪器设备使用注意事项，实验操作认真，基本规范。实验报告书写整洁规范，结果合理，定量实验结果在误差允许范围内，定性分析基本合理。视实验操作熟练规范情况和上课表现可适当加减分数。有迟到或早退现象，上课有喧哗打闹等不遵守实验室纪律现象。基本掌握安全操作要求及仪器设备使用注意事项，实验操作不认真，不规范。实验报告书写不太规范，结果不尽合理，定量实验结果误差大，定性分析有理论性错误。视实验操作规范情况和上课表现可适当加减分数。有迟到或早退现象，上课有严重扰乱实验室纪律现象。能够了解一定的安全操作要求及仪器设备使用注意事项，实验不动手，不操作，不听从实验教师指导，经教育不改者。实验报告书写潦草不规范，结果错误或明显抄