功能材料專業(yè)《生物醫(yī)學(xué)信息與生物控制》課程教學(xué)大綱

【生物醫(yī)學(xué)信息與生物控制】【Biomedical-informaticsandBio-control】一．基本信息課程代碼：【104021】課程學(xué)分：【2/32】面向?qū)I(yè)：【功能材料(生物材料方向)】課程性質(zhì)：【專業(yè)方向選修課】開課院系：生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院使用教材：主教材【生物信息學(xué)分析實(shí)踐。吳祖建

高芳鑾

沈建國，科學(xué)出版社，

2010】輔助教材【生物信息學(xué)

（第三版）。陳銘，科學(xué)出版社，2018】參考教材【生物信息學(xué)數(shù)據(jù)分析叢書：DNA和蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)分析工具（第3版）。陳辰

陳曉龍

程尹，科學(xué)出版社，2012】先修課程：【生物化學(xué)100712(3)、計算機(jī)類150001(5)】二．課程目標(biāo)生物醫(yī)學(xué)信息與生物控制作為功能材料(生物材料方向)的選修課，是生物材料方向掌握核酸、蛋白質(zhì)等分子知識必備的工具。本課程為生物信息學(xué)方向的高度概括，本課程是隨著人類基因組計劃的啟動而興起的，是用數(shù)理和信息科學(xué)的理論技術(shù)和方法去研究生命現(xiàn)象、組織和分析呈現(xiàn)指數(shù)增長的生物數(shù)據(jù)，通過本課程的學(xué)習(xí)，更加了解序列的本質(zhì)與計算機(jī)乃至人工智能的應(yīng)用。本課程介紹生物醫(yī)學(xué)信息與生物控制的基礎(chǔ)知識、生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫資源、DNA與蛋白序列分析、序列比對算法與生物進(jìn)化等。通過學(xué)習(xí)本課程一方面可拓展生物材料方向?qū)W生的知識面，緊跟時代潮流，另一面為生物材料方向的學(xué)生將來學(xué)習(xí)材料與生物分子之間的相互作用預(yù)測計算，打下良好基礎(chǔ)。。要達(dá)成的課程目標(biāo)如下:課程目標(biāo)1（知識目標(biāo)）:充分結(jié)合線上資源（視頻）和線下課堂，使學(xué)生掌握本課程所在學(xué)科的緣起、概念、算法或基本原理、應(yīng)用范圍。課程目標(biāo)2（能力目標(biāo)）:結(jié)合線上操作視頻掌握三大門戶、序列存貯，NCBI使用、基因信息查找、蛋白質(zhì)性質(zhì)分析、引物設(shè)計、序列分析與進(jìn)化樹構(gòu)建等能力。使學(xué)生掌握查找信息、下載信息、解決問題的綜合能力和高階思維。課程目標(biāo)3（素質(zhì)目標(biāo)）：通過各章節(jié)相應(yīng)的研究史或國人的貢獻(xiàn)或存在的差距等講述，通過本課程在臨床等日常生活中潛在的應(yīng)用價值講解，激發(fā)學(xué)生責(zé)任意識和擔(dān)當(dāng)精神，具備科學(xué)思維、工匠精神、愛國責(zé)任感與人類情懷。三、課程內(nèi)容（一）教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)關(guān)系圖按照分子層面的三個對象，逐次由淺入深講解相應(yīng)研究涉及的分析原理、分析工具與應(yīng)用場景。既要注重單個技術(shù)的講解，更要注重各單元間的聯(lián)系，形成本課程的整體評價。通過多元化教學(xué)方法，提升學(xué)生創(chuàng)新能力。在整個教學(xué)過程中，貫穿融合科學(xué)思維、數(shù)學(xué)思維、工匠精神等課程思政內(nèi)容，達(dá)成培養(yǎng)“善思考、能設(shè)計、會反思”的創(chuàng)新人才目標(biāo)。（二）課程內(nèi)容表2

教學(xué)內(nèi)容及對應(yīng)的課程目標(biāo)課程內(nèi)容課程目標(biāo)基本要求學(xué)時安排第一章生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)與生物控制的基礎(chǔ)知識第一節(jié)歷史回顧1從生物學(xué)與計算機(jī)科學(xué)兩個角度，看生物信息學(xué)的發(fā)展。從人類基因組角度出發(fā)，結(jié)合NCBI數(shù)據(jù)增長趨勢，了解生物信息學(xué)作為交叉學(xué)科的重要地位。人類基因組計劃概念、歷史與生物信息學(xué)如何幫助人類基因組計劃成功。從數(shù)據(jù)、資金、人才與市場需求四個角度，了解學(xué)科驅(qū)動力。從數(shù)據(jù)庫、序列比對、進(jìn)化、大分子結(jié)構(gòu)等掌握主要內(nèi)容。激發(fā)學(xué)生責(zé)任意識和擔(dān)當(dāng)精神，具備科學(xué)思維、工匠精神、愛國責(zé)任感與人類情懷。4第二節(jié)學(xué)科地位第三節(jié)學(xué)科驅(qū)動力（思政內(nèi)容）第四節(jié)人類基因組計劃（思政內(nèi)容）第五節(jié)學(xué)科主要研究任務(wù)第六節(jié)如何學(xué)好本課程第二章生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)庫資源介紹第一節(jié)核酸及其相關(guān)數(shù)據(jù)庫2掌握核酸及其相關(guān)數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)庫、基因或蛋白質(zhì)一些特定數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)翻譯后修飾相關(guān)數(shù)據(jù)庫、、基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫、重要基因突變及疾病相關(guān)數(shù)據(jù)庫4第二節(jié)蛋白質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)庫第三節(jié)基因或蛋白質(zhì)一些特定數(shù)據(jù)第四節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾相關(guān)數(shù)據(jù)庫第五節(jié)基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫第六節(jié)重要基因突變及疾病相關(guān)數(shù)據(jù)庫第三章引物設(shè)計與測序結(jié)果分析第一節(jié)引物設(shè)計2掌握引物設(shè)計流程、引物設(shè)計原則、引物設(shè)計軟件(本地與在線設(shè)計)。了解測序原理、測序成功與否判斷、掌握測序數(shù)據(jù)軟件使用、序列輸出。2第二節(jié)測序結(jié)果分析第四章核酸序列分析第一節(jié)常規(guī)分析2,3掌握序列檢索、組分分析、序列變換、酶切位點(diǎn)分析。blast目的，blastn,blastx,tblastn,tblastx,blastp,比對兩個序列，blast基本原理。ORF查找、啟動子與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)分析、重復(fù)序列分析、CpGisland分析。4第二節(jié)

Blast比對第三節(jié)基因結(jié)構(gòu)識別第五章DNA雙序列比對原理第一節(jié)比對的意義3發(fā)現(xiàn)功能、研究進(jìn)化、某條序列的關(guān)鍵特征、疾病的鑒定。堿基替換、缺失插入、打分、比對的NPC問題、動態(tài)規(guī)劃算法、。Needleman-Wunsch算法、二維表打分、逆向回溯、最終比對得分。Smith-Waterman算法、二維表打分、逆向回溯、最終比對得分。4第二節(jié)比對定量模型第三節(jié)全局比對第四節(jié)局部比對第六章蛋白雙序列比對原理第一節(jié)蛋白序列比對的意義3了解蛋白質(zhì)序列比對的意義、相似性、同源性。打分模型、PAM矩陣、Blosum矩陣。改進(jìn)Needleman-Wunsch算法、二維表打分、逆向回溯、最終比對得分。改進(jìn)Smith-Waterman算法、二維表打分、逆向回溯、最終比對得分。2第二節(jié)打分矩陣第三節(jié)蛋白質(zhì)全局比對第四節(jié)案例：蛋白質(zhì)局部比對第七章多序列比對第一節(jié)多序列比對的復(fù)雜度3,4了解多序列比對意義、NPC問題、動態(tài)規(guī)劃算法、打分方式。掌握計算原理、指導(dǎo)樹產(chǎn)生、距離矩陣、相對距離、過程推導(dǎo)。軟件歷史、軟件使用要點(diǎn)、實(shí)例講解。4第二節(jié)Clustalw算法第三節(jié)比對軟件使用第八章蛋白質(zhì)序列分析第一節(jié)蛋白質(zhì)序列的基本性質(zhì)分析2掌握理化性質(zhì)分析、疏水性分析、跨膜區(qū)分析、信號肽預(yù)測、Coli區(qū)分析、亞細(xì)胞定位。結(jié)構(gòu)域、motif、工具與數(shù)據(jù)庫、PROSITE。二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、軟件與工具、PDB、預(yù)測原理。3第二節(jié)結(jié)構(gòu)域分析及motif搜索第三節(jié)空間結(jié)構(gòu)預(yù)測第九章分子進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育分析第一節(jié)分子進(jìn)化序言4了解生命之樹、人類起源、進(jìn)化論爭議、分子進(jìn)化、同源基因。掌握密碼子偏好、自然選擇、中性理論、同義替代/非同義替代、選擇壓力、密碼子相對適應(yīng)度、密碼子適應(yīng)指數(shù)、應(yīng)用與計算原理。掌握系統(tǒng)發(fā)育樹、最大簡約法、距離法、了解最大似然性法、貝葉斯推斷、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、掌握無根樹/有根樹、系統(tǒng)發(fā)育樹重建分析步驟。了解Mega歷史、掌握Mega功能、軟件操作。5第二節(jié)密碼子偏好及分析第三節(jié)分子系統(tǒng)發(fā)育分析第四節(jié)進(jìn)化軟件使用總計

32五、課程考核方式與評分標(biāo)準(zhǔn)表3

課程成績構(gòu)成表課程目標(biāo)課程目標(biāo)在各考核方式中的比例課程目標(biāo)占總成績比例平時成績期末考試1充分結(jié)合線上資源（視頻）和線下課堂，使學(xué)生掌握生物信息學(xué)的緣起、概念、算法或基本原理、應(yīng)用范圍。30%30%30%2結(jié)合線上操作視頻掌握生物信息學(xué)三大門戶、序列存貯，NCBI使用、基因信息查找、蛋白質(zhì)性質(zhì)分析、引物設(shè)計、序列分析與進(jìn)化樹構(gòu)建等能力。使學(xué)生掌握查找信息、下載信息、解決問題的綜合能力和高階思維。40%40%40%3通過各章節(jié)相應(yīng)的研究史或國人的貢獻(xiàn)或存在的差距等講述，通過生物信息學(xué)在臨床等案例的講解，理解生物信息學(xué)潛在的應(yīng)用價值，激發(fā)學(xué)生責(zé)任意識和擔(dān)當(dāng)精神，具備科學(xué)思維、工匠精神、愛國責(zé)任感與人類情懷。。30%30%30%考核方式占總成績比例30%70%100%評分標(biāo)準(zhǔn)1、平時成績評分包括以下2項(xiàng)(1)課堂活動參與度（占平時成績的50%）課堂活動的參與度包括課堂簽到、課堂提問表4

課堂提問評分標(biāo)準(zhǔn)85-100分75-84分67-74分60-66分1-59分評分標(biāo)準(zhǔn)論述清楚，結(jié)論準(zhǔn)確，能夠結(jié)合文獻(xiàn)提出自己的觀點(diǎn)。對問題能夠進(jìn)行較為詳盡的解釋，結(jié)論基本正確。論述簡單，結(jié)論不完整。僅有