功能材料專業(yè)《生物醫(yī)學信息與生物控制》課程教學大綱

【生物醫(yī)學信息與生物控制】【Biomedical-informaticsandBio-control】一．基本信息課程代碼：【104021】課程學分：【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)學工程學院使用教材：主教材【生物信息學分析實踐。吳祖建

高芳鑾

沈建國，科學出版社，

2010】輔助教材【生物信息學

（第三版）。陳銘，科學出版社，2018】參考教材【生物信息學數(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，科學出版社，2012】先修課程：【生物化學100712(3)、計算機類150001(5)】二．課程目標生物醫(yī)學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)，通過本課程的學習，更加了解序列的本質(zhì)與計算機乃至人工智能的應用。本課程介紹生物醫(yī)學信息與生物控制的基礎知識、生物醫(yī)學數(shù)據(jù)庫資源、DNA與蛋白序列分析、序列比對算法與生物進化等。通過學習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生將來學習材料與生物分子之間的相互作用預測計算，打下良好基礎。。要達成的課程目標如下:課程目標1（知識目標）:充分結(jié)合線上資源（視頻）和線下課堂，使學生掌握本課程所在學科的緣起、概念、算法或基本原理、應用范圍。課程目標2（能力目標）: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、引物設計、序列分析與進化樹構(gòu)建等能力。使學生掌握查找信息、下載信息、解決問題的綜合能力和高階思維。課程目標3（素質(zhì)目標）：通過各章節(jié)相應的研究史或國人的貢獻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用價值講解，激發(fā)學生責任意識和擔當精神，具備科學思維、工匠精神、愛國責任感與人類情懷。三、課程內(nèi)容（一）教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)關系圖按照分子層面的三個對象，逐次由淺入深講解相應研究涉及的分析原理、分析工具與應用場景。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。通過多元化教學方法，提升學生創(chuàng)新能力。在整個教學過程中，貫穿融合科學思維、數(shù)學思維、工匠精神等課程思政內(nèi)容，達成培養(yǎng)“善思考、能設計、會反思”的創(chuàng)新人才目標。（二）課程內(nèi)容表2

教學內(nèi)容及對應的課程目標課程內(nèi)容課程目標基本要求學時安排第一章生物醫(yī)學信息學與生物控制的基礎知識第一節(jié)歷史回顧1從生物學與計算機科學兩個角度，看生物信息學的發(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，了解生物信息學作為交叉學科的重要地位。人類基因組計劃概念、歷史與生物信息學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，了解學科驅(qū)動力。從數(shù)據(jù)庫、序列比對、進化、大分子結(jié)構(gòu)等掌握主要內(nèi)容。激發(fā)學生責任意識和擔當精神，具備科學思維、工匠精神、愛國責任感與人類情懷。4第二節(jié)學科地位第三節(jié)學科驅(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)學科主要研究任務第六節(jié)如何學好本課程第二章生物醫(yī)學信息學相關數(shù)據(jù)庫資源介紹第一節(jié)核酸及其相關數(shù)據(jù)庫2掌握核酸及其相關數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)相關數(shù)據(jù)庫、基因或蛋白質(zhì)一些特定數(shù)據(jù)庫、蛋白質(zhì)翻譯后修飾相關數(shù)據(jù)庫、、基因表達數(shù)據(jù)庫、重要基因突變及疾病相關數(shù)據(jù)庫4第二節(jié)蛋白質(zhì)相關數(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)翻譯后修飾相關數(shù)據(jù)庫第五節(jié)基因表達數(shù)據(jù)庫第六節(jié)重要基因突變及疾病相關數(shù)據(jù)庫第三章引物設計與測序結(jié)果分析第一節(jié)引物設計2掌握引物設計流程、引物設計原則、引物設計軟件(本地與在線設計)。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)合位點分析、重復序列分析、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、研究進化、某條序列的關鍵特征、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Needleman-Wunsch算法、二維表打分、逆向回溯、最終比對得分。改進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、指導樹產(chǎn)生、距離矩陣、相對距離、過程推導。軟件歷史、軟件使用要點、實例講解。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、信號肽預測、Coli區(qū)分析、亞細胞定位。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)預測第九章分子進化與系統(tǒng)發(fā)育分析第一節(jié)分子進化序言4了解生命之樹、人類起源、進化論爭議、分子進化、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、密碼子相對適應度、密碼子適應指數(shù)、應用與計算原理。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、拓撲結(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)進化軟件使用總計

32五、課程考核方式與評分標準表3

課程成績構(gòu)成表課程目標課程目標在各考核方式中的比例課程目標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，使學生掌握生物信息學的緣起、概念、算法或基本原理、應用范圍。30%30%30%2結(jié)合線上操作視頻掌握生物信息學三大門戶、序列存貯，NCBI使用、基因信息查找、蛋白質(zhì)性質(zhì)分析、引物設計、序列分析與進化樹構(gòu)建等能力。使學生掌握查找信息、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)相應的研究史或國人的貢獻或存在的差距等講述，通過生物信息學在臨床等案例的講解，理解生物信息學潛在的應用價值，激發(fā)學生責任意識和擔當精神，具備科學思維、工匠精神、愛國責任感與人類情懷。。30%30%30%考核方式占總成績比例30%70%100%評分標準1、平時成績評分包括以下2項(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

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