《生物信息學(xué)》課程教學(xué)大綱

《生物信息學(xué)》課程教學(xué)大綱一、課程信息課程代碼319B3252課程名稱生物信息學(xué)課程性質(zhì)選修學(xué)分2學(xué)時24+16先修課程動植物學(xué)，生物化學(xué)，遺傳學(xué)，分子生物學(xué)適用專業(yè)生物工程課程簡介（300字左右）：《生物信息學(xué)》課程教學(xué)目的是使學(xué)生了解生物信息學(xué)的概念和發(fā)展歷史、生物信息學(xué)的生物學(xué)基礎(chǔ)、生物信息學(xué)的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、生物信息學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、生物信息學(xué)的產(chǎn)業(yè)化、生物信息學(xué)研究內(nèi)容和前景展望；對數(shù)據(jù)分析軟件的應(yīng)用。課程主要內(nèi)容包含：生物信息學(xué)概論，了解生物學(xué)數(shù)據(jù)庫，核酸序列的信號和功能識別，蛋白質(zhì)序列分析與結(jié)構(gòu)預(yù)測方法，核酸和蛋白質(zhì)序列的進(jìn)化分析，基因組測序與分析，功能基因組信息學(xué)。該課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生對相關(guān)網(wǎng)絡(luò)資源的使用能力，使學(xué)生擁有強(qiáng)大的搜索功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存、檢索和分析。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備以下幾方面的目標(biāo)：1．生物信息學(xué)概論，了解生物信息學(xué)的概念和發(fā)展歷史、生物信息學(xué)的生物學(xué)基礎(chǔ)、生物信息學(xué)的計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、生物信息學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、生物信息學(xué)的產(chǎn)業(yè)化、生物信息學(xué)研究內(nèi)容和前景展望。2．分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫，序列比對與數(shù)據(jù)庫檢索了解生物學(xué)數(shù)據(jù)庫，核苷酸序列與基因組數(shù)據(jù)庫，蛋白質(zhì)序列與模式、同源性數(shù)據(jù)庫，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，基因和分子的互作和代謝途徑信息數(shù)據(jù)庫，RNA核苷酸序列數(shù)據(jù)庫，其它遺傳學(xué)與分子生物學(xué)資源，及數(shù)據(jù)庫中存在的問題及使用注意事項。3．掌握生物信息學(xué)所涉及的基本軟件操作，能夠熟悉的利用分析軟件進(jìn)行生物學(xué)信息分析，能夠?qū)⑺莆盏闹R熟練地應(yīng)用到生物工程實際操作中去；培養(yǎng)良好的實驗合作精神，能夠團(tuán)結(jié)團(tuán)隊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。具備現(xiàn)代社會生物學(xué)發(fā)展所必需的嚴(yán)謹(jǐn)、謹(jǐn)慎的科研精神。課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系表畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3畢業(yè)要求1：系統(tǒng)掌握生物工程的基礎(chǔ)知識和基本理論1.1掌握普通生物學(xué)的基本知識和基本技能，能整體認(rèn)識并能運(yùn)用基本理論去解決實際問題；用微生物學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)與基因工程、生物信息學(xué)的基本原理、實驗技能分析和研究生物工程實際問題H畢業(yè)要求2：掌握本專業(yè)所需的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、信息學(xué)、化學(xué)工程等學(xué)科的基本知識；21應(yīng)用微積分和線性代數(shù)相關(guān)知識及方法分析、解決有關(guān)的生物技術(shù)應(yīng)用問題；應(yīng)用物理力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、電子電子技術(shù)等原理解決生物工程研發(fā)與生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題；應(yīng)用無機(jī)及分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)的知識、原理與方法去分析和解決生物工程相關(guān)問題；應(yīng)用計算機(jī)進(jìn)行日常公務(wù)、交流通訊、中英文文獻(xiàn)檢索、生物數(shù)據(jù)檢索等工作，并具有一定的編程能力；應(yīng)用化工原理、AutoCAD與機(jī)械制圖基礎(chǔ)知識及技能開發(fā)生物工程單元操作，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)計M畢業(yè)要求3：具備良好的自學(xué)習(xí)慣和能力、較好的表達(dá)交流能力、一定的計算機(jī)及信息技術(shù)應(yīng)用能力，自主學(xué)習(xí)、自我發(fā)展能力；31具有良好的自主學(xué)習(xí)、可持續(xù)發(fā)展能力；具有較好的表達(dá)交流能力；有一定的計算機(jī)及信息技術(shù)應(yīng)用能力M三、教學(xué)內(nèi)容與預(yù)期學(xué)習(xí)成效知識單元對應(yīng)課程目標(biāo)知識點預(yù)期學(xué)習(xí)成效實現(xiàn)環(huán)節(jié)學(xué)時課程簡介（緒論）課程目標(biāo)11.1生物信息學(xué)概念及研究對象1.2生物信息學(xué)的研究內(nèi)容1.3生物信息學(xué)的應(yīng)用知識目標(biāo)：了解生物信息學(xué)的概念以及研究對象、掌握生物信息學(xué)的研究內(nèi)容、熟悉生物信息學(xué)的應(yīng)用。能力目標(biāo)：能夠通過對生物信息學(xué)的了解去分析信息處理問題。教學(xué)方法：課堂講授、課堂討論；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。2課程思政元素：社會主義核心價值觀課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：融入國家發(fā)展戰(zhàn)略和國家情懷。2.生物學(xué)基礎(chǔ)課程目標(biāo)2、32.1核酸化學(xué)2.1.1概述2.1.2核酸的化學(xué)組成2.1.3核酸的分子結(jié)構(gòu)2.2蛋白質(zhì)化學(xué)2.2.1概述2.2.2蛋白質(zhì)的化學(xué)組成2.2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單位2.2.4蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)2.2.5蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性知識目標(biāo)：了解核酸化學(xué)的組成分類、掌握核酸的分子結(jié)構(gòu)以及蛋白化學(xué)。自學(xué)課程思政元素：用全面、發(fā)展的觀點分析問題課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：融入健康飲食，科學(xué)蛋白攝入的合理性。3.生物信息數(shù)據(jù)庫課程目標(biāo)2、33.1生物信息數(shù)據(jù)庫的發(fā)展簡史3.2核酸序列數(shù)據(jù)庫3.2.1GenBank數(shù)據(jù)庫3.2.2EMBL數(shù)據(jù)庫3.2.3DDBJ數(shù)據(jù)庫3.3蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫3.3.1PIR數(shù)據(jù)庫3.3.2UniProt數(shù)據(jù)庫3.4生物大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫3.4.1PDB3.4.2MMDB3.4.3SWISS-MODEL3.5其他生物分子數(shù)據(jù)庫3.5.1dbSNP3.5.2NONCODE3.5.3miRBase3.5.4Ensembl3.5.5UCSCGenomeBrowser3.5.6ExPASy知識目標(biāo)：了解幾個注釋較好的基因組瀏覽器的生物數(shù)據(jù)庫資源及其各自的特點及它們之間的聯(lián)系；理解DNA序列的存儲數(shù)據(jù)庫和蛋白質(zhì)序列號的意義和數(shù)據(jù)庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組織等；了解常用的公共基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫、表達(dá)序列標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫；掌握目前已有的蛋白質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫。能力目標(biāo)：能夠通過查找相關(guān)的數(shù)據(jù)庫得蛋白質(zhì)相關(guān)信息。教學(xué)方法：講授、例題分析、工程案例分析、歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、三維動畫教學(xué)視頻。學(xué)生課外拓展PPT匯報2課程思政元素：用全面、發(fā)展的觀點分析問題課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：融入健康飲食，科學(xué)蛋白攝入的合理性。4.數(shù)據(jù)庫查詢課程目標(biāo)2、34.1NCBI數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)Entrez4.1.1NCBI簡介4.1.2NCBI數(shù)據(jù)庫4.1.3Entrez簡介4.1.4Entrez查詢4.2EBI數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)SRS4.2.1EBI簡介4.2.2EBI數(shù)據(jù)庫4.2.3SRS簡介4.2.4SRS查詢知識目標(biāo)：了解核酸序列比對的內(nèi)容和相類似序列的獲得方法;了解序列分析法的概念以及對于;掌握中心法的概念以及分子鐘、分子進(jìn)化等相關(guān)知識概念;熟悉操作軟件進(jìn)行生物信息學(xué)分析能力目標(biāo)：能夠通過NCBI數(shù)據(jù)庫查找核酸序列。教學(xué)方法：講授、例題分析、討論歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、三維動畫教學(xué)視頻。2課程思政元素：解決關(guān)鍵核心技術(shù)的“卡脖子”問題課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：引入“美國NCBI數(shù)據(jù)庫服務(wù)中斷，干擾了正常教學(xué)和科研”這一非常典型的“卡脖子”案例，引導(dǎo)同學(xué)們思考和討論是否需要創(chuàng)建中國的生物信息中心。5.序列比對與數(shù)據(jù)庫相似性搜索課程目標(biāo)1、25.1概述5.1.1序列比對的概念5.1.2序列比對的主要用途5.2序列比對的打分系統(tǒng)5.2.1替換矩陣5.2.2空位罰分5.3序列比對的算法5.3.1雙序列比對算法5.3.2多序列比對算法5.4雙序列比對及基本操作5.4.1雙序列比對簡介5.4.2雙序列比對工具5.4.3雙序列比對工具的使用5.5多序列比對及基本操作5.5.1多序列比對簡介5.5.2多序列比對工具5.5.3多序列比對工具-Clustal軟件的使用5.6數(shù)據(jù)庫相似性搜索-BLAST5.6.1BLAST概述5.6.2BLAST搜索工具5.6.3BLAST搜索數(shù)據(jù)庫5.6.4BLAST搜索步驟5.6.5BLAST搜索實例分析知識目標(biāo)：熟悉核酸序列分析和基因組分析的主要內(nèi)容；掌握常用序列分析工具的使用；理解基因結(jié)構(gòu)與DNA序列分析的生物學(xué)意義；掌握通過序列對比，推測分子的同源性；了解全基因組比較結(jié)果的可視化，電子PCR能力目標(biāo)：能夠利用序列分析工具理解基因結(jié)構(gòu)和DNA序列對比。教學(xué)方法：講授、例題分析、工程案例分析、歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、三維動畫教學(xué)視頻。學(xué)生課外拓展PPT匯報4課程思政元素：科學(xué)精神課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：融入基因表達(dá)的差異導(dǎo)致生物發(fā)展差異，培養(yǎng)學(xué)生探索精神。6.DNA序列分析課程目標(biāo)1、26.1核酸序列組成成分分析6.2限制性內(nèi)切酶酶切位點分析6.3重復(fù)序列分析6.4基因結(jié)構(gòu)分析6.4.1開發(fā)閱讀框的識別6.4.2啟動子及轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點分析6.4.3CpG島6.4.4轉(zhuǎn)爐終止位點分析6.5序列同源性分析教學(xué)方法：課堂講授、歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。47.蛋白質(zhì)序列分析課程目標(biāo)2、37.1蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)分析7.2蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)分析7.3蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)分析7.4蛋白質(zhì)功能預(yù)測知識目標(biāo)：熟悉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類；理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)同源模建方法；會利用工具和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行簡單的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)預(yù)測；了解蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)；掌握蛋白質(zhì)序列分析和結(jié)構(gòu)分析工具的使用；了解蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)分析方法；掌握分子設(shè)計的概念。能力目標(biāo)：能夠利用蛋白質(zhì)相關(guān)工具對蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)測。教學(xué)方法：講授、例題分析、討論歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、三維動畫教學(xué)視頻。學(xué)生課外拓展PPT匯報4課程思政元素：一帶一路”倡議。課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：融入絲綢的主要組成物質(zhì)——蛋白質(zhì)，引出古絲綢之路和“一帶一路”倡議。8.生物信息學(xué)軟件及其使用課程目標(biāo)2、38.1引物設(shè)計軟件8.2綜合序列分析軟件8.2.1建立新序列8.2.2PCR引物設(shè)計8.2.3ORF分析8.2.4序列翻譯8.2.5限制性內(nèi)切酶分析8.2.6序列比對分析8.2.7蛋白質(zhì)基本組成分析知識目標(biāo)：了解蛋白質(zhì)組學(xué)的概念；了解蛋白質(zhì)組學(xué)的研究進(jìn)展以及分析方法；了解化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)的概念以及研究內(nèi)容和相關(guān)技術(shù)；了解化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)的相關(guān)應(yīng)用研究前景。教學(xué)方法：講授、例題分析、工程案例分析、歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、三維動畫教學(xué)視頻。4課程思政元素：科學(xué)精神課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：引入疫情期間病毒測序及核酸檢測的使用，介紹生物信息學(xué)的作用。9.文獻(xiàn)信息檢索課程目標(biāo)2、39.1學(xué)術(shù)搜索引擎9.1.1GoogleScholar9.1.2SCIRUS9.2文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫檢索9.2.1NCBI-PubMed9.2.2BIOSISPreviews9.2.3國際三大農(nóng)業(yè)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫9.3全文數(shù)據(jù)庫檢索9.3.1綜合類全文數(shù)據(jù)庫9.3.2期刊全文數(shù)據(jù)庫9.3.3維普期刊全文數(shù)據(jù)庫9.3.4學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫9.4引文數(shù)據(jù)庫檢索9.4.1數(shù)據(jù)庫組成9.4.2檢索方式9.4.3文獻(xiàn)管理與分析功能知識目標(biāo)：了解目前搜索文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)庫。能力目標(biāo)：能夠利用合理的數(shù)據(jù)庫查找所需文獻(xiàn)。教學(xué)方法：講授、例題分析、歸納總結(jié)；教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合。2課程思政元素：科學(xué)精神課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：知網(wǎng)收取作者的版面費(fèi)，同時收取讀者的閱讀費(fèi)用，了解數(shù)據(jù)庫的重要性。實驗1.常用分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫的使用、查詢與相似性搜索課程目標(biāo)2、31.1數(shù)據(jù)庫的使用以及相關(guān)軟件的使用方法1.2數(shù)據(jù)的格式1.3熟練掌握數(shù)據(jù)庫搜索以及相關(guān)軟件的使用知識目標(biāo)：掌握數(shù)據(jù)庫的使用；熟悉各類相關(guān)軟件的操作；了解數(shù)據(jù)的格式。能力目標(biāo)：利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。教學(xué)方法：講授、歸納總結(jié)、實驗操作示范教學(xué)手段：教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、三維動畫教學(xué)視頻。４課程思政元素：解決關(guān)鍵核心技術(shù)的“卡脖子”問題課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：強(qiáng)調(diào)發(fā)展國家自主生物數(shù)據(jù)庫的重要性。實驗２.DNA序列的統(tǒng)計學(xué)、信息學(xué)和功能分析課程目標(biāo)2、3、2.1DNA序列的基本概念2.2DNA序列的統(tǒng)計學(xué)原理DNA序列信息學(xué)以及功能學(xué)分析知識目標(biāo)：掌握DNA序列的基本概念以及統(tǒng)計學(xué)、信息學(xué)、功能分析的基本方法；熟悉DNA序列在各方面的應(yīng)用；掌握DNA序列相關(guān)分析軟件的操作方法能力目標(biāo)：能夠利用軟件對DNA序列進(jìn)行分析處理。教學(xué)方法：講授、歸納總結(jié)、實驗操作示范教學(xué)手段：教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、三維動畫教學(xué)視頻。４課程思政元素：科學(xué)精神課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：融入基因表達(dá)的差異導(dǎo)致生物發(fā)展差異，培養(yǎng)學(xué)生探索精神。實驗３.蛋白質(zhì)序列分析和結(jié)構(gòu)預(yù)測課程目標(biāo)2、3、3.1蛋白質(zhì)序列基本概念3.2蛋白質(zhì)序列分析和結(jié)構(gòu)預(yù)測3.3蛋白質(zhì)序列分析相關(guān)軟件的操作方法知識目標(biāo)：掌握蛋白質(zhì)序列的基本概念；學(xué)會蛋白質(zhì)序列分析以及結(jié)構(gòu)預(yù)測的相關(guān)軟件的操作方法；了解蛋白質(zhì)序列分析的發(fā)展前景。能力目標(biāo)：能夠利用相關(guān)軟件對蛋白質(zhì)序列進(jìn)行分析。教學(xué)方法：講授、歸納總結(jié)、實驗操作示范教學(xué)手段：教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、三維動畫教學(xué)視頻。４課程思政元素：唯物主義辯證法課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：融入用發(fā)展的眼光看問題。實驗４.常用重要生物信息學(xué)軟件使用方法（DNAStar、VectorNTIAdvance）（選做）課程目標(biāo)34.1使用Oligo和PrimerPremier軟件設(shè)計PCR引物知識目標(biāo)：掌握使用Oligo和PrimerPremier軟件設(shè)計PCR引物方法以及操作。能力目標(biāo)：能夠利用軟件設(shè)計PCR引物教學(xué)方法：講授、歸納總結(jié)、實驗操作示范教學(xué)手段：教學(xué)手段：多媒體課件和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、三維動畫教學(xué)視頻。４課程思政元素：科學(xué)精神課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計：布置相應(yīng)作業(yè)，激發(fā)學(xué)生的探索精神。四、成績評定及考核方式課程成績包括３個部分，分別為出勤及課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)和實驗報告。具體要求及成績評定方法如下：（1）出勤及課堂表現(xiàn)（5%）設(shè)此考核項目，目的是控制無故缺課和課堂懶散無紀(jì)律情況，具體方案為：總分為100分，無故曠課一次扣5分，無故曠課超過學(xué)校規(guī)定次數(shù)者，按學(xué)校有關(guān)規(guī)定處理；上課睡覺、玩手機(jī)、吃零食者被老師發(fā)現(xiàn)一次扣5分。（2）課后作業(yè)（25%）每章布置一次課后作業(yè)，作業(yè)包括課后思考題和計算題，評分以答題思路的規(guī)范性、整潔性、整體性、邏輯性、正確性為依據(jù)，每次滿分為100分，最后取平均分。作業(yè)雷同處理辦法：相互完全雷同的，作業(yè)全不予批解，返回重做新題。（3）實驗報告（70%）實驗結(jié)果、試驗方法、實驗?zāi)康摹嶒瀮?nèi)容、實驗步驟比較詳盡酌情加分；結(jié)果不明、步驟不清晰、方法錯誤酌情扣分。平時表現(xiàn)評分標(biāo)準(zhǔn)（以滿分100計）評價指標(biāo)（100分）優(yōu)（75%-100%）良（50%-75%）中（25%-50%）差（0%-25%）積極程度（50分）積極、踴躍老師鼓勵后積極、踴躍老師鼓勵后積極度不高消極回答正確程度（50分）回答正確無誤、分析合理，結(jié)論有效回答問題基本正確，分析比較合理，結(jié)論有效回答問題錯誤較多，經(jīng)老師提醒后仍然分析有誤，結(jié)論無效答不對題單次作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)（以滿分100計）評價指標(biāo)（100分）優(yōu)（75%-100%）良（50%-75%）中（25%-50%）差（0%-25%）作業(yè)完成進(jìn)度（20分）提前完成按時完成延時完成未完成概念清晰程度（30分）75%以上概念清晰50%以上概念清晰25%以上概念清晰不清晰正確性和結(jié)論有效性（50分）分析合理、全面，計算無誤，結(jié)論有效分析較合理、全面，計算錯誤少，結(jié)論較有效分析基本合理，計算有較大的錯誤，結(jié)論基本有效存在嚴(yán)重錯誤實驗報告評分標(biāo)準(zhǔn)（以滿分100計）評價指標(biāo)（100分）優(yōu)（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差