《合成生物學(xué)》課程教學(xué)大綱

《合成生物學(xué)》課程教學(xué)大綱（理論課程）一、課程基本信息課程號1223S00050開課單位生命科學(xué)學(xué)院課程名稱（中文）合成生物學(xué)（英文）SyntheticBiology課程性質(zhì)選修考核類型考試課程學(xué)分2課程學(xué)時34課程類別專業(yè)拓展課程先修課程生物化學(xué)，分子生物學(xué)，生物信息學(xué)，基因工程原理，細胞生物學(xué)，遺傳學(xué)，微生物學(xué)，基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)適用專業(yè)（類）生物信息，生物技術(shù)，生物科學(xué)二、課程描述及目標（一）課程簡介合成生物學(xué)(SyntheticBiology)是一門結(jié)合生命科學(xué)觀察分析方法和工程學(xué)設(shè)計思維的新興學(xué)科，也是一門匯集生物學(xué)、基因組學(xué)、工程學(xué)和信息學(xué)等多學(xué)科的交叉學(xué)科。其遵循系統(tǒng)生物學(xué)和工程學(xué)原理，以基因組和生化分子合成為基礎(chǔ)，綜合生物化學(xué)、生物物理和生物信息等技術(shù)，采用標準化生物元件和基因線路，在理性設(shè)計原則指導(dǎo)下組裝并合成新的、具特定功能的生物系統(tǒng)，旨在設(shè)計、改造、重建生物分子、生物元件和生物分化過程，以構(gòu)建具有生命活性的生物元件、系統(tǒng)及人造細胞或生物體。其能夠突破了生命發(fā)生與進化的自然法則，使生物密碼從“讀”到“寫”，實現(xiàn)由“格物致知”向“建物致知”轉(zhuǎn)化。課程主要內(nèi)容包括：合成生物學(xué)基本原理、基因線路、設(shè)計與組裝、調(diào)控與優(yōu)化、無細胞合成系統(tǒng)、建模與計算機輔助工具、合成生物學(xué)應(yīng)用及合成生物學(xué)引發(fā)的新浪潮（產(chǎn)業(yè)形勢、國際影響、倫理等）。該課程要求學(xué)生掌握合成生物學(xué)的基本概念、生物分子的合成與模塊化，基因網(wǎng)絡(luò)、生物系統(tǒng)和代謝途徑的生物合成，了解合成生物學(xué)基本原則和生物系統(tǒng)的工程化技術(shù)，同時培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識觀察、分析、解決問題的能力，為學(xué)生在未來科研和工作中打下堅實的理論基礎(chǔ)。（二）教學(xué)目標通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解合成生物學(xué)的基本概念，掌握模塊化設(shè)計、生物分子合成及相應(yīng)分析軟件的原理和方法，熟悉合成生物學(xué)中基因網(wǎng)絡(luò)、生物系統(tǒng)和代謝途徑的設(shè)計、組裝與優(yōu)化的關(guān)鍵步驟和過程。在此基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識觀察、分析、綜合和獨立解決問題的能力，理解并遵循合成生物學(xué)的基本原則和工程化本質(zhì)，根據(jù)合成生物學(xué)數(shù)據(jù)資源設(shè)計并開展生物醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域課題的研究設(shè)計。在學(xué)習(xí)過程中，使學(xué)生對合成生物學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣，了解合成生物學(xué)在未來的應(yīng)用潛力和前景，也對合成生物學(xué)引發(fā)的倫理問題和風(fēng)險有所認知。同時，通過本課程學(xué)習(xí)，也能夠建樹嚴謹且具有創(chuàng)新性的思維方式，在學(xué)生未來科研和工作中發(fā)揮積極作用。課程目標1：掌握合成生物學(xué)的基本理論知識和工程設(shè)計方法；對合成生物學(xué)的特質(zhì)具有初步認知。能夠認識合成生物學(xué)在創(chuàng)建與改造生命、引領(lǐng)生物產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的地位和作用。課程目標2：理解合成生物學(xué)的設(shè)計理念和思維方式；課程目標3：了解合成生物學(xué)如何與產(chǎn)業(yè)需求相結(jié)合并在解決實際問題中發(fā)揮作用，加深學(xué)生對于綜合運用多學(xué)科方法改寫生命并服務(wù)人類需求的濃厚興趣；課程目標4：理解生命的意義和按照人類合理需求設(shè)計和改造生物系統(tǒng)的光明前景，進而尊重和珍惜生命的價值。三、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標權(quán)重1-5：了解合成生物學(xué)的發(fā)展歷史、學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢，掌握合成生物學(xué)基本原理、基本方法和相關(guān)技術(shù)。熟悉合成生物學(xué)及其產(chǎn)業(yè)的相關(guān)方針、政策、法規(guī)。課程目標140%2-2：初步具備從事生物科學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究的能力，具有綜合運用所掌握的理論知識和技能，具有自主學(xué)習(xí)、自我發(fā)展能力；課程目標220%3-3：具有良好的專業(yè)素質(zhì)和一定的批判性思維能力；懂得學(xué)術(shù)誠信，樹立創(chuàng)新意識和可持續(xù)發(fā)展理念，具備合成生物學(xué)的實踐和技術(shù)革新能力。課程目標320%3-4：具有正確的人生觀、價值觀和良好的道德品質(zhì)；具有健康的心理狀態(tài)，積極樂觀的態(tài)度，健全的人格等。課程目標420%四、教學(xué)方式與方法合成生物學(xué)主要體現(xiàn)學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的討論式教學(xué)，多采用啟發(fā)式、討論式的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。主要使用多媒體，采取講授和討論相結(jié)合方式進行教學(xué)。充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)多媒體手段進行教學(xué)，讓學(xué)生通過實踐方案學(xué)習(xí)更好的理解合成生物學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，激發(fā)學(xué)生對于利用多學(xué)科交叉和工程化的理念去改造乃至創(chuàng)造生物的產(chǎn)生興趣，取得良好的教學(xué)效果。五、教學(xué)重點與難點（一）教學(xué)重點考慮到合成生物學(xué)涵蓋多個學(xué)科的基礎(chǔ)知識，本課程的基本內(nèi)容需要從合成生物學(xué)角度出發(fā)將各學(xué)科能應(yīng)用的技術(shù)手段或計算方法進行整合和選擇性講述，主要是講述生物系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和方法、合成生物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模擬一般方程與分析方法、掌握模擬邏輯功能的基礎(chǔ)研究及其他方面的合成生物學(xué)基礎(chǔ)研究。（二）教學(xué)難點該課程的教學(xué)難點是合成生物學(xué)設(shè)計和優(yōu)化過程中所用到的關(guān)鍵技術(shù)、相關(guān)統(tǒng)計學(xué)和數(shù)學(xué)模型分析，尤其是涉及復(fù)雜生物學(xué)技術(shù)的原理和數(shù)學(xué)建模比較抽象，課時限制，并且與先行課程關(guān)系密切。六、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配序號教學(xué)內(nèi)容基本要求學(xué)時教學(xué)方式對應(yīng)課程目標1第1章合成生物學(xué)概述了解合成生物學(xué)產(chǎn)生的歷史與發(fā)展概況，學(xué)科的研究內(nèi)容以及學(xué)科展望，合成生物學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系，其工程化特質(zhì)和研究范疇，使學(xué)生對該課程有較為全面的了解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。2講授與課堂討論課程目標1、22第2章合成生物學(xué)原理通過典型案例分析，重點掌握合成生物學(xué)的研究思路、生物模塊的特點、合成生物系統(tǒng)的層級化結(jié)構(gòu)及邏輯關(guān)系、合成生物學(xué)的設(shè)計原理等，要求學(xué)生對于合成生物學(xué)中常用的研究思路和方法能夠明了。4講授與課堂討論課程目標1、2、3和43第3章合成生物系統(tǒng)的基因線路合成基因線路是合成生物學(xué)重要的組成部分，通過學(xué)習(xí)，需了解基因線路的起源和發(fā)展過程，掌握組成基因線路的調(diào)控元件—邏輯門和開關(guān)基因線路、基因線路調(diào)控開關(guān)，并能夠舉實例介紹基因線路的應(yīng)用。6講授與課堂討論課程目標1、2、3和44第4章合成生物系統(tǒng)的設(shè)計與組裝通過典型案例分析，掌握以合成生物系統(tǒng)為核心的相關(guān)設(shè)計、組裝、構(gòu)建及優(yōu)化的理論和技術(shù)。了解合成生物系統(tǒng)研究過程中的常見分析篩選方法以及如何通過“設(shè)計-構(gòu)建-檢驗-重設(shè)計”循環(huán)對合成生物系統(tǒng)進行優(yōu)化。最后，也要理解合成生物系統(tǒng)中的群體感應(yīng)，即將合成生物系統(tǒng)由單細胞個體擴展到多細胞群體。6講授與課堂討論課程目標1、2、3和45第5章合成生物系統(tǒng)的調(diào)控與優(yōu)化了解合成生物系統(tǒng)的單點與全局調(diào)控和優(yōu)化，以及理性與隨機調(diào)節(jié)。明悉合成生物系統(tǒng)基因組編輯技術(shù)的基本原理及部分應(yīng)用實例，理解基因表達調(diào)控的多樣性、智能性以及多功能性。6講授與課堂討論課程目標1、2和36第6章無細胞合成生物系統(tǒng)掌握無細胞合成生物學(xué)的基本理念和設(shè)計思路、常用的無細胞合成系統(tǒng)及工程改造手段，了解無細胞合成生物學(xué)在結(jié)構(gòu)生物學(xué)、高通量篩選、生物醫(yī)藥、生物催化和疾病診斷等方面的應(yīng)用，理解無細胞合成生物學(xué)的挑戰(zhàn)。2講授課程目標1、2、3和47第7章合成生物學(xué)建模與計算機輔助工具了解合成生物系統(tǒng)進行數(shù)學(xué)建模的方法，明悉大數(shù)據(jù)時代下合成生物學(xué)模型與文庫的特點、發(fā)展的瓶頸和未來的發(fā)展方向，能夠舉例介紹部分計算機工具在合成生物學(xué)研究中的具體應(yīng)用。4講授與課堂討論課程目標1、2、3和48第8章合成生物學(xué)的應(yīng)用能夠舉出具體實例來說明前面所學(xué)基礎(chǔ)知識的應(yīng)用，理解并能夠展示合成生物學(xué)的廣泛應(yīng)用。2講授與課堂討論課程目標49第9章合成生物學(xué)引發(fā)的新浪潮與顛覆了解合成生物學(xué)的發(fā)展情況和應(yīng)用前景；理解當前國際上由合成生物學(xué)引發(fā)的倫理研究及對應(yīng)的策略。2講授與課堂討論課程目標1、2、3和4合計34七、實驗內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配無。八、學(xué)業(yè)評價和課程考核（一）考核類型：t考試考查（二）考核方式：t開卷考試閉卷考試課程論文課程報告其它：（三）成績評定：考核依據(jù)建議分值（百分比）考核/評價細則對應(yīng)課程目標平時考核40%出勤10%每次上課學(xué)生的考勤情況課程目標1作業(yè)20%每章課后思考題完成的進度，掌握的基本概念及正確性，。課程目標1和2表現(xiàn)10%課堂與老師的互動及回答問題表現(xiàn)課程目標2和3期末考核60%考試分數(shù)課程目標1、2、3和4九、課程目標達成評價課程目標的實際達成效果計算方式如下，達成值越高，教學(xué)效果越好。課程目標達成度畢業(yè)要求指標點達成度十、教材與教學(xué)參考書（一）教材《合成生物學(xué)》，李春主編，化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN：9787122350251,2019.10（二）教學(xué)參考書1.《合成生物學(xué)與合成酶學(xué)》張今等編著.科學(xué)出版社.2012年2.《合成生物學(xué)導(dǎo)論》宋凱科學(xué)出版社2010年3.《次生代謝產(chǎn)物生物合成:原理與應(yīng)用》余龍江、趙春芳化學(xué)工業(yè)出版社2017年4.《SyntheticBiology》(英)，MarkusSchmidt編著，Wiley-Blackwell出版社，2012年（三）網(wǎng)絡(luò)資源IGE