《生物信息学》课程教学大纲

《生物信息学》课程教学大纲一、课程信息课程代码319B3252课程名称生物信息学课程性质选修学分2学时24+16先修课程动植物学，生物化学，遗传学，分子生物学适用专业生物工程课程简介（300字左右）：《生物信息学》课程教学目的是使学生了解生物信息学的概念和发展历史、生物信息学的生物学基础、生物信息学的计算机和网络基础、生物信息学的数学基础、生物信息学的产业化、生物信息学研究内容和前景展望；对数据分析软件的应用。课程主要内容包含：生物信息学概论，了解生物学数据库，核酸序列的信号和功能识别，蛋白质序列分析与结构预测方法，核酸和蛋白质序列的进化分析，基因组测序与分析，功能基因组信息学。该课程的教学目标是使学生对相关网络资源的使用能力，使学生拥有强大的搜索功能实现数据储存、检索和分析。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．生物信息学概论，了解生物信息学的概念和发展历史、生物信息学的生物学基础、生物信息学的计算机和网络基础、生物信息学的数学基础、生物信息学的产业化、生物信息学研究内容和前景展望。2．分子生物学数据库，序列比对与数据库检索了解生物学数据库，核苷酸序列与基因组数据库，蛋白质序列与模式、同源性数据库，结构数据库，基因和分子的互作和代谢途径信息数据库，RNA核苷酸序列数据库，其它遗传学与分子生物学资源，及数据库中存在的问题及使用注意事项。3．掌握生物信息学所涉及的基本软件操作，能够熟悉的利用分析软件进行生物学信息分析，能够将所掌握的知识熟练地应用到生物工程实际操作中去；培养良好的实验合作精神，能够团结团队进行数据分析。具备现代社会生物学发展所必需的严谨、谨慎的科研精神。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毕业要求1：系统掌握生物工程的基础知识和基本理论1.1掌握普通生物学的基本知识和基本技能，能整体认识并能运用基本理论去解决实际问题；用微生物学、生物化学、细胞生物学、分子生物学与基因工程、生物信息学的基本原理、实验技能分析和研究生物工程实际问题H毕业要求2：掌握本专业所需的数学、物理学、化学、信息学、化学工程等学科的基本知识；21应用微积分和线性代数相关知识及方法分析、解决有关的生物技术应用问题；应用物理力学、热学、光学、电磁学、电子电子技术等原理解决生物工程研发与生产中出现的问题；应用无机及分析化学、有机化学、物理化学的知识、原理与方法去分析和解决生物工程相关问题；应用计算机进行日常公务、交流通讯、中英文文献检索、生物数据检索等工作，并具有一定的编程能力；应用化工原理、AutoCAD与机械制图基础知识及技能开发生物工程单元操作，并进行相关设计M毕业要求3：具备良好的自学习惯和能力、较好的表达交流能力、一定的计算机及信息技术应用能力，自主学习、自我发展能力；31具有良好的自主学习、可持续发展能力；具有较好的表达交流能力；有一定的计算机及信息技术应用能力M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课程简介（绪论）课程目标11.1生物信息学概念及研究对象1.2生物信息学的研究内容1.3生物信息学的应用知识目标：了解生物信息学的概念以及研究对象、掌握生物信息学的研究内容、熟悉生物信息学的应用。能力目标：能够通过对生物信息学的了解去分析信息处理问题。教学方法：课堂讲授、课堂讨论；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2课程思政元素：社会主义核心价值观课程思政教学内容设计：融入国家发展战略和国家情怀。2.生物学基础课程目标2、32.1核酸化学2.1.1概述2.1.2核酸的化学组成2.1.3核酸的分子结构2.2蛋白质化学2.2.1概述2.2.2蛋白质的化学组成2.2.3蛋白质的结构单位2.2.4蛋白质的结构2.2.5蛋白质的变性与复性知识目标：了解核酸化学的组成分类、掌握核酸的分子结构以及蛋白化学。自学课程思政元素：用全面、发展的观点分析问题课程思政教学内容设计：融入健康饮食，科学蛋白摄入的合理性。3.生物信息数据库课程目标2、33.1生物信息数据库的发展简史3.2核酸序列数据库3.2.1GenBank数据库3.2.2EMBL数据库3.2.3DDBJ数据库3.3蛋白质序列数据库3.3.1PIR数据库3.3.2UniProt数据库3.4生物大分子结构数据库3.4.1PDB3.4.2MMDB3.4.3SWISS-MODEL3.5其他生物分子数据库3.5.1dbSNP3.5.2NONCODE3.5.3miRBase3.5.4Ensembl3.5.5UCSCGenomeBrowser3.5.6ExPASy知识目标：了解几个注释较好的基因组浏览器的生物数据库资源及其各自的特点及它们之间的联系；理解DNA序列的存储数据库和蛋白质序列号的意义和数据库内部结构的组织等；了解常用的公共基因表达数据库、表达序列标签数据库；掌握目前已有的蛋白质相互作用数据库。能力目标：能够通过查找相关的数据库得蛋白质相关信息。教学方法：讲授、例题分析、工程案例分析、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合、三维动画教学视频。学生课外拓展PPT汇报2课程思政元素：用全面、发展的观点分析问题课程思政教学内容设计：融入健康饮食，科学蛋白摄入的合理性。4.数据库查询课程目标2、34.1NCBI数据库查询系统Entrez4.1.1NCBI简介4.1.2NCBI数据库4.1.3Entrez简介4.1.4Entrez查询4.2EBI数据库查询系统SRS4.2.1EBI简介4.2.2EBI数据库4.2.3SRS简介4.2.4SRS查询知识目标：了解核酸序列比对的内容和相类似序列的获得方法;了解序列分析法的概念以及对于;掌握中心法的概念以及分子钟、分子进化等相关知识概念;熟悉操作软件进行生物信息学分析能力目标：能够通过NCBI数据库查找核酸序列。教学方法：讲授、例题分析、讨论归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合、三维动画教学视频。2课程思政元素：解决关键核心技术的“卡脖子”问题课程思政教学内容设计：引入“美国NCBI数据库服务中断，干扰了正常教学和科研”这一非常典型的“卡脖子”案例，引导同学们思考和讨论是否需要创建中国的生物信息中心。5.序列比对与数据库相似性搜索课程目标1、25.1概述5.1.1序列比对的概念5.1.2序列比对的主要用途5.2序列比对的打分系统5.2.1替换矩阵5.2.2空位罚分5.3序列比对的算法5.3.1双序列比对算法5.3.2多序列比对算法5.4双序列比对及基本操作5.4.1双序列比对简介5.4.2双序列比对工具5.4.3双序列比对工具的使用5.5多序列比对及基本操作5.5.1多序列比对简介5.5.2多序列比对工具5.5.3多序列比对工具-Clustal软件的使用5.6数据库相似性搜索-BLAST5.6.1BLAST概述5.6.2BLAST搜索工具5.6.3BLAST搜索数据库5.6.4BLAST搜索步骤5.6.5BLAST搜索实例分析知识目标：熟悉核酸序列分析和基因组分析的主要内容；掌握常用序列分析工具的使用；理解基因结构与DNA序列分析的生物学意义；掌握通过序列对比，推测分子的同源性；了解全基因组比较结果的可视化，电子PCR能力目标：能够利用序列分析工具理解基因结构和DNA序列对比。教学方法：讲授、例题分析、工程案例分析、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合、三维动画教学视频。学生课外拓展PPT汇报4课程思政元素：科学精神课程思政教学内容设计：融入基因表达的差异导致生物发展差异，培养学生探索精神。6.DNA序列分析课程目标1、26.1核酸序列组成成分分析6.2限制性内切酶酶切位点分析6.3重复序列分析6.4基因结构分析6.4.1开发阅读框的识别6.4.2启动子及转录因子结合位点分析6.4.3CpG岛6.4.4转炉终止位点分析6.5序列同源性分析教学方法：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。47.蛋白质序列分析课程目标2、37.1蛋白质一级结构分析7.2蛋白质二级结构分析7.3蛋白质三级结构分析7.4蛋白质功能预测知识目标：熟悉蛋白质结构分类；理解蛋白质结构同源模建方法；会利用工具和网络数据库进行简单的蛋白质二级结构预测；了解蛋白质三级结构；掌握蛋白质序列分析和结构分析工具的使用；了解蛋白质组数据分析方法；掌握分子设计的概念。能力目标：能够利用蛋白质相关工具对蛋白质进行结构预测。教学方法：讲授、例题分析、讨论归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合、三维动画教学视频。学生课外拓展PPT汇报4课程思政元素：一带一路”倡议。课程思政教学内容设计：融入丝绸的主要组成物质——蛋白质，引出古丝绸之路和“一带一路”倡议。8.生物信息学软件及其使用课程目标2、38.1引物设计软件8.2综合序列分析软件8.2.1建立新序列8.2.2PCR引物设计8.2.3ORF分析8.2.4序列翻译8.2.5限制性内切酶分析8.2.6序列比对分析8.2.7蛋白质基本组成分析知识目标：了解蛋白质组学的概念；了解蛋白质组学的研究进展以及分析方法；了解化学蛋白质组学的概念以及研究内容和相关技术；了解化学蛋白质组学的相关应用研究前景。教学方法：讲授、例题分析、工程案例分析、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合、三维动画教学视频。4课程思政元素：科学精神课程思政教学内容设计：引入疫情期间病毒测序及核酸检测的使用，介绍生物信息学的作用。9.文献信息检索课程目标2、39.1学术搜索引擎9.1.1GoogleScholar9.1.2SCIRUS9.2文献数据库检索9.2.1NCBI-PubMed9.2.2BIOSISPreviews9.2.3国际三大农业文献数据库9.3全文数据库检索9.3.1综合类全文数据库9.3.2期刊全文数据库9.3.3维普期刊全文数据库9.3.4学位论文全文数据库9.4引文数据库检索9.4.1数据库组成9.4.2检索方式9.4.3文献管理与分析功能知识目标：了解目前搜索文献的数据库。能力目标：能够利用合理的数据库查找所需文献。教学方法：讲授、例题分析、归纳总结；教学手段：多媒体课件和传统教学相结合。2课程思政元素：科学精神课程思政教学内容设计：知网收取作者的版面费，同时收取读者的阅读费用，了解数据库的重要性。实验1.常用分子生物学数据库的使用、查询与相似性搜索课程目标2、31.1数据库的使用以及相关软件的使用方法1.2数据的格式1.3熟练掌握数据库搜索以及相关软件的使用知识目标：掌握数据库的使用；熟悉各类相关软件的操作；了解数据的格式。能力目标：利用软件进行数据处理。教学方法：讲授、归纳总结、实验操作示范教学手段：教学手段：多媒体课件和传统教学相结合、三维动画教学视频。４课程思政元素：解决关键核心技术的“卡脖子”问题课程思政教学内容设计：强调发展国家自主生物数据库的重要性。实验２.DNA序列的统计学、信息学和功能分析课程目标2、3、2.1DNA序列的基本概念2.2DNA序列的统计学原理DNA序列信息学以及功能学分析知识目标：掌握DNA序列的基本概念以及统计学、信息学、功能分析的基本方法；熟悉DNA序列在各方面的应用；掌握DNA序列相关分析软件的操作方法能力目标：能够利用软件对DNA序列进行分析处理。教学方法：讲授、归纳总结、实验操作示范教学手段：教学手段：多媒体课件和传统教学相结合、三维动画教学视频。４课程思政元素：科学精神课程思政教学内容设计：融入基因表达的差异导致生物发展差异，培养学生探索精神。实验３.蛋白质序列分析和结构预测课程目标2、3、3.1蛋白质序列基本概念3.2蛋白质序列分析和结构预测3.3蛋白质序列分析相关软件的操作方法知识目标：掌握蛋白质序列的基本概念；学会蛋白质序列分析以及结构预测的相关软件的操作方法；了解蛋白质序列分析的发展前景。能力目标：能够利用相关软件对蛋白质序列进行分析。教学方法：讲授、归纳总结、实验操作示范教学手段：教学手段：多媒体课件和传统教学相结合、三维动画教学视频。４课程思政元素：唯物主义辩证法课程思政教学内容设计：融入用发展的眼光看问题。实验４.常用重要生物信息学软件使用方法（DNAStar、VectorNTIAdvance）（选做）课程目标34.1使用Oligo和PrimerPremier软件设计PCR引物知识目标：掌握使用Oligo和PrimerPremier软件设计PCR引物方法以及操作。能力目标：能够利用软件设计PCR引物教学方法：讲授、归纳总结、实验操作示范教学手段：教学手段：多媒体课件和传统教学相结合、三维动画教学视频。４课程思政元素：科学精神课程思政教学内容设计：布置相应作业，激发学生的探索精神。四、成绩评定及考核方式课程成绩包括３个部分，分别为出勤及课堂表现、课后作业和实验报告。具体要求及成绩评定方法如下：（1）出勤及课堂表现（5%）设此考核项目，目的是控制无故缺课和课堂懒散无纪律情况，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（25%）每章布置一次课后作业，作业包括课后思考题和计算题，评分以答题思路的规范性、整洁性、整体性、逻辑性、正确性为依据，每次满分为100分，最后取平均分。作业雷同处理办法：相互完全雷同的，作业全不予批解，返回重做新题。（3）实验报告（70%）实验结果、试验方法、实验目的、实验内容、实验步骤比较详尽酌情加分；结果不明、步骤不清晰、方法错误酌情扣分。平时表现评分标准（以满分100计）评价指标（100分）优（75%-100%）良（50%-75%）中（25%-50%）差（0%-25%）积极程度（50分）积极、踊跃老师鼓励后积极、踊跃老师鼓励后积极度不高消极回答正确程度（50分）回答正确无误、分析合理，结论有效回答问题基本正确，分析比较合理，结论有效回答问题错误较多，经老师提醒后仍然分析有误，结论无效答不对题单次作业评分标准（以满分100计）评价指标（100分）优（75%-100%）良（50%-75%）中（25%-50%）差（0%-25%）作业完成进度（20分）提前完成按时完成延时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确性和结论有效性（50分）分析合理、全面，计算无误，结论有效分析较合理、全面，计算错误少，结论较有效分析基本合理，计算有较大的错误，结论基本有效存在严重错误实验报告评分标准（以满分100计）评价指标（100分）优（85%-100%）良（75%-85%）中（60%-75%）差