遗传学课程教学设计
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遗传学课程教学设计 思路和改革展望. 复旦大学生命科学学院 乔 守 怡 [email protected] 遗传学教学构思. 第一节 课程设计 第二节 课程内容 第三节 实验体系. 第一节 课程设计. 遗传学课程设计思路. 遗传学教学设计是根据授课对象,教学目标和教学内容确定教学知识体系的构架,将教学要素有序、优化地安排,形成教学大纲的过程。 教学要素: 教学体系特征;

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Presentation Transcript

遗传学课程教学设计

思路和改革展望

复旦大学生命科学学院

乔 守 怡

[email protected]


遗传学教学构思

第一节 课程设计

第二节 课程内容

第三节 实验体系



遗传学课程设计思路

遗传学教学设计是根据授课对象,教学目标和教学内容确定教学知识体系的构架,将教学要素有序、优化地安排,形成教学大纲的过程。

教学要素: 教学体系特征;

教学知识构成;

章节序列安排;

核心内容确定;


遗传学课程体系的构建

遗传学体系构建原则:

1 凸显以基因为主线的遗传学学科特色;

2 具有覆盖较全面的遗传学知识系统;

3 注重经典遗传学与学科进展的内容衔接;

4 具有独立教学思想的章节顺序编排;

5 规避交叉学科与课程的内容重叠;

6 满足教学目标的适当信息量;


国内外遗传学教材比较

  • 遗传学知识体系的构建

  • 遗传学知识点的信息量

  • 遗传学知识的前沿性

  • 遗传学内容的章节顺序

  • 遗传学教材的编写特点


遗传学》(刘祖洞)目录

第一章 绪论

第二章 孟德尔定律

第三章 遗传的染色体学说

第四章 基因的作用及其与环境的关系

第五章 性别决定与伴性遗传

第六章 染色体与连锁群

第七章 细菌和噬菌体的重组与连锁

第八章 数量性状遗传


遗传学》(刘祖洞)目录

第九章 遗传物质改变(一)染色体畸变

第十章 遗传物质的改变(二)基因突变

第十一章 遗传的分子基础

第十二章 突变和重组机理

第十三章 细胞质和遗传

第十四章 遗传与个体发育

第十五章 遗传和进化


现代遗传学(赵寿元、乔守怡编)

第一章 经典遗传学的诞生

第二章 分子遗传学的兴起

第三章 基因的概念和结构

第四章 遗传物质--基因和染色体

第五章 基因组

第六章 基因与发育

第七章 基因与行为

第八章 基因表达与调控

第九章 数量性状基因及其遗传

第十章 群体的基因结构与进化

第十一章 重组DNA


1 《Principles of Genetics》

D.Peter Snustad Michael J.Simmons

  • 《Modern Genetics 》 Francisco J.Ayala & John A. Kiger, Jr.

  • 《A Introduction to Genetic Analysis》Anthony J.F. Griffiths et al


Principles of genetics
《Principles of Genetics》

第一部分遗传学简介

第1章遗传学3

第2章遗传的基础-繁殖22

第二部分经典遗传学分析

第3章孟德尔定律-遗传的基本原理52

第4章孟德尔定律的扩展72

第5章复杂状的遗传90

第6章孟德尔定律的染色体基础114

第7章染色体数量与结构的多样性134

第8章真核生物的连锁,互换及染色体图谱156

第9章复杂的连锁分析178


第三部分 基因的分子生物学

第10章 染色体的DNA及分子结构 204

第11章 DNA和染色体的复制 237

第12章 RNA的转录 273

第13章 翻译及遗传密码 303

第14章 重组,DNA修复及突变 332

第15章 基因的定义 367

第四部分 细菌及病毒遗传学,转座子,真核细胞器

第16章 病毒遗传学 395

第17章 细菌遗传学 418

第18章 可转座的遗传学组件 440

第19章 线粒体及叶绿体遗传学 462


第五部分 分子遗传学分析

第20章 分子遗传学技术 482

第21章 基因组学 514

第22章 基因及基因产物的分子分析 547

第六部分 基因表达的调控

第23章 原核生物及病毒的基因表达调控 573

第24章 真核生物的基因表达调控 600

第七部分 生命过程的遗传学控制

第25章 动物发育的遗传学控制 629

第26章 行为的遗传学控制 656

第27章 脊椎动物免疫系统的遗传学控制 674

第28章 癌症的遗传学基础 695

第29章 群体与进化遗传学


Modern genetics
Modern Genetics

绪论

第一部分 遗传物质的组织和传递

第一章 孟德尔遗传定律;

第二章 遗传的染色体基础;

第三章 遗传物质的本质;

第四章 真核生物基因组;

第五章 基因结构;

第六章 病毒基因组;

第七章 细菌基因组;

第八章 DNA操作;


第二部分 遗传物质的表达

第九章 细胞内的信息传递;

第十章 遗传密码;

第十一章 DNA复制调控;

第十二章 重组;

第十三章 原核生物基因调控;

第十四章 真核生物基因调控;

第十五章 发育的遗传分析;

第十六章 基因组;

第十七章 数量性状;


第三部分 遗传物质的进化

第十八章 基因突变;

第十九章 染色体突变

第二十章 群体的遗传结构;

第二十一章 进化过程;

第二十二章 自然选择;

第二十三章 近亲繁殖

第二十四章 共适应和地理分化;

第二十五章 分子进化


A introduction to genetic analysis
《A Introduction to Genetic Analysis》

13.DNA重组技术的应用

14.真核染色体的结构与功能

15.基因组

16.基因表达调控

17.遗传变异的分子机制

(突变,重组和转座)

18.细胞核外基因组

19.发育中的基因表达调控

20.遗传与细胞分化

21.发育遗传学

22.群体遗传

23.数量遗传

  • 孟德尔遗传分析

  • 遗传的染色体理论

  • 孟德尔遗传的延伸

  • 连锁

  • 基因突变

  • 染色体畸变

  • 细胞和病毒的重组

  • DNA结构

  • 基因的本质

  • DNA功能

  • 遗传与生物;

  • DNA重组技术


章节顺序的编排思考

根据教师的教学思想和理念,安排章节顺序:

1 以遗传学发展历史的思路安排顺序。

2 以前序课程的知识衔接安排顺序。

3 以教师的教学理念安排顺序。

4 以教学的可行性和效果安排顺序。

5 以知识的框架模块安排顺序。


遗传学内容的取舍与拓展

一、弱化或删除部分:

细胞分裂;DNA复制;基因突变;基因表达调控;原核与真核的基因組作图;免疫遗传;重组机制;基因工程……

理由:内容重复;知识陈旧;已有相关专题课程;已被淡化的学术观点。

二、拓展与加强的部分:

单基因遗传;多基因遗传;基因的关联分析;

DNA序列的结构与功能;重大疾病的基因分析;个体发育中的基因作用;基因互作与网络关联……

理由:相关知识内容丰富;属于前沿性知识;科研领域广泛涉及;具有显著的社会关注性;与人类自身生存与健康相关。


三、需要改进的部分:

数量遗传学;群体遗传学;染色体与基因突变;分子遗传学体系;发育部分的整合;

核外遗传物质;

理由:遗传学知识体系中不可缺少的部分,但是知识较为陈旧;内容缺少底蕴;信息丰度不足;章节框架凌乱;知识点连接递进失调;


体系与章节构建检测指标

1 认知性评价

2 思想性评价

3 系统性评价

4 创新性评价

5 交互性评价

6 信息性评价

7 衔接性评价

  • 可行性评价

  • 科学性评价


问题

1 请根据你所熟悉的知识,设计一个凸显遗传学特色,具有整体知识体系,衔接合理,教学可行的教学章节排列顺序,建立的章节目录期望标题列到一级(例:第一章,1;2;3……)。

2 请根据遗传学的知识体系,以基础知识为起点,结合知识的前沿性,拓展知识内容,注重知识的系统和整体性,顾及章节的知识衔接等众多因素,设计“连锁”和“ 基因组” 2个章节的知识框架。标题设置到二级。(例:1;1.1;)并以此导出衔接章节目录。

作业用意:1 展示个人的教学理念;

2 体现对本章节的理解;

3 观察整体与局部的教学设计;

4 把握遗传学知识的布局;


举例:特定章节内容安排

第 8章 人类重大疾病的基因分析

8.1 遗传病与非遗传病的基因样本分析

8.1.1 与基因相关的流行病分析

8.1.2 基因样本的采集和分析

8.1.3 致病基因的位置与效应

8.1.4 ……

8.2 遗传病的诊断和风险分析

……

8.3 多基因病的基因分析

……

8.4 肿瘤发生与转移的遗传机制

……



复旦大学遗传学课程内容(一)

遗传与变异

遗传与变异的概念

遗传学研究内容与方法

遗传学研究分支

孟德尔遗传方式

孟德尔遗传定律

单基因遗传分析

孟德尔式遗传数据的统计处理

基因概念的拓展

复等位基因

拟等位基因

基因位置结构与效应

基因相互作用

染色体以外的基因

其他基因概念


遗传学课程内容(二)

基因的连锁分析

连锁与交换

遗传标记与连锁

遗传标记与关联分析

原核与真核的基因組作图

基因组与基因表达调控

基因组概念与结构

基因克隆的策略

基因的功能研究

调控元件与基因表达

染色体与基因

细胞分裂的染色体行为

染色体结构的畸变

染色体数目变异

基因与疾病的遗传学分析

复杂病的基因样本分析

肿瘤的遗传机制

基因诊断与遗传病风险评估


遗传学课程内容(三)

数量遗传学基本理论

多基因效应

遗传率

近交系数

基因与发育的遗传学分析

性别发育的遗传分析

表观遗传与发育

干细胞与发育

生物的个体发育

群体与进化遗传学

群体的基因频率

基因的起源与进化


复旦大学本科生遗传课程安排

第一章 遗传和变异 (2学时)

第二章 孟德尔遗传方式 (4学时)

第三章 基因概念的拓展 (6学时)

第四章 基因的连锁分析 (6学时)

第五章 染色体与基因行为分析 (6学时)

第六章 数量遗传学基本理论 (3学时)

第七章 基因组与基因表达调控 (6学时)

第八章 人类重大疾病的遗传分析 (6学时)

第九章 基因与发育的遗传学分析 (6学时)

第十章 群体与进化遗传学 (6学时)

机 动 (3学时)


几个较难掌握程度内容的章节

  • 基因表达调控

  • 基因工程

  • 基因突变

  • 真核与原核基因组与基因作图


遗传学学科特色

学科内容体系与知识结构。

遗传学是以基因为线索,研究生物遗传信息传递的过程,演化,结果为特点的知识体系。

生物个体与群体基因的传递和组成是遗传学的知识体系的基本内容,换句话说,就是生物的个体发育与种群演化涵盖和波及了遗传学全部的知识内容和研究领域。


遗传学研究的对象与层次

研究对象

  • 微生物遗传学

  • 植物遗传学

  • 动物遗传学

  • 人类医学遗传学

    研究层次

  • 群体遗传学

  • 细胞遗传学

  • 分子遗传学


基 因 組

编码序列

非编码序列

基因组结构与功能

基因与发育

DNA与进化

孟德尔式遗传分析

DNA序列连锁分析

染色体遗传分析

数量遗传分析

群体遗传分析


寻找标记位点;定位重组;体内转移

基因诊断与治疗

研究方向

人类医学

肿瘤发生与转移

神经类疾病

疾病机理的遗传学

家族性遗传病

基因与区域或种群发病率

流行病学的遗传学

全基因組关联分析


常规技术

基因克隆与转化

信号传导途径

序列分析

芯片技术

细胞系统表达

模型生物展示

生物信息富集

描述

干涉

诠释


遗传学相关领域的研究途径

基因組学

干实验

湿实验

系统生物学

转录组学

富集高通量信息

代谢组学

网络建模

蛋白组学

预测结果

生物信息学

诠释生命现象



系统生物学(Systems Biology)是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成,以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。也就是说,系统生物学不同于以往的实验生物学,仅关心个别的基因和蛋白质,它要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。显然,系统生物学是以整体性研究为特征的一种交叉科学。


Epigenetics
表观遗传学(Epigenetics)

研究在基因核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达发生了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。

表观遗传的现象很多,已知的有:

DNA甲基化(DNA methylation)

基因组印记(genomic imprinting)

母体效应(maternal effects)

基因沉默(gene silencing)

染色体重塑

RNA编辑(RNA editing)


发育遗传学

发育是通过基因网络联系确定基因表达通路,指导生物细胞分化,胚胎形成,个体成长完成的生物学事件。

模式生物发育过程的基因作用和干细胞诱导分化是研究主要领域。


生物信息学

综合运用生物学、数学、物理学、信息科学以及计算机科学等诸多学科的理论方法的交叉学科。它的研究目标是揭示“基因组信息结构的复杂性及遗传语言的根本规律”,解释生命的遗传语言。核心是基因组信息学,包括基因组信息的获取、处理、存储、分配和诠释。

同时在发现了新基因信息之后进行蛋白质空间结构模拟和预测,然后依据特定蛋白质的功能进行药物设计。


干涉方式高通量信息网络与遗传学研究

生物信息以这样的方向进行流动:DNA→mRNA→蛋白质→蛋白质相互作用网络→细胞→器官→个体→群体。每个层次信息都对生命系统的运行产生影响。系统生物学的重要任务就是要尽可能地获得每个层次的信息并将它们进行整合。

系统生物学通过干涉方式做高通量信息网络规律研究。


问题

  • 描述孟德尔遗传方式与非孟德遗传方式的的特征与异同原因。

  • 分析遗传标记的丰度和均匀性,多态性对寻找目的基因的影响。

  • 说明DNA序列的多样性,多态性,重复性在进化中的作用。

  • 说明现代遗传学方法对传统遗传学技术的替代原因。


  • PCR技术 与 杂交技术

  • 芯片技术 与 消减杂交

  • 转座子诱变 与 辐射诱变

  • siRNA,miRNA技术 与 反义RNA技术

  • 转基因技术 与 杂交



遗传学实验的思考

一 遗传学学科特色

知识结构组成

技术覆盖面

研究领域

二 遗传学实验体系建设

整体构思

编排比较

选材范围

可行性评估


遗传学实验常规编排目录

第一章 经典遗传学 实验1  果蝇的观察及单因子杂交 实验2  果蝇的伴性遗传 实验3  果蝇的两对因子的自由组合 实验4 玉米有性杂交和粒色遗传

第二章 染色体遗传学

实验5 细胞分裂及染色体行为的观察

实验6  果蝇唾腺染色体的观察 实验7  外周血淋巴细胞的培养和染色体组型分析 实验8  植物姊妹染色单体区分染色法 实验9  植物多倍体的诱发和鉴定


第三章  微生物遗传学 实验10  粗糙链孢霉的杂交 实验11  酵母菌的杂交 实验12  E.coli杂交 实验13  细菌的局限性转导

第四章  分子遗传学 实验14  DNA的提取和纯化 实验15  DNA重组质粒的构建技术

实验16 PCR 技术

实验17 DNA转化技术

实验18 DNA的Southern杂交技术

第五章 数量与群体遗传学

实验19 平衡群体的检测验证

实验20 生长高度的遗传率计算


遗传学分析实验教程

  • 作者乔守怡等

  • 出 版 社高等教育出版社

  • 书号04-020767-5

  • 系 列 书 高等理工类

  • 出版时间 2008年1月


参编教师:

复旦大学 林 娟 厦门大学 宋思扬

浙江大学 吴 敏 云南大学 肖春杰

四川大学 王海燕 武汉大学 王建波

湖北大学 曾庆滔 东林大学 詹亚光

东北师大 孙 晖陕西师大 顾 蔚


遗传学实验的设计思路

  • 总体思路: 在原有实验内容基础上,设计一套凸显遗传学学科特色,涵盖基本遗传学理论和实验技术,能够训练学生研究思维和技能,锻炼学生解决科研问题能力的实验体系。

  • 实验编排:以遗传学分析为目的,以解决遗传学问题为内容,整合构建十个遗传学方向的实验模块。

  • 可行因素:实验材料获得容易,控制较低成本,每个模块有多项选择。


遗传学实验的构思和设计

(一)模式生物性状遗传分析

(二)人类性状的遗传分析

(三)生物染色体的遗传分析

(四)基因连锁的遗传基因分析

(五)基因突变的遗传分析

(六)生物进化的遗传分析

(七)生物亲缘关系的遗传分析

(八)生物性别的遗传分析

(九)基因定位的遗传分析

(十)基因功能的遗传分析


目录

1 模式生物性状的遗传分析 实验一 果蝇性状的遗传分析 实验二 玉米籽粒性状的遗传分析 实验三 拟南芥性状的遗传分析 实验四 秀丽线虫的遗传分析

2 人类性状的遗传分析 实验五 血型的遗传分析 实验六 人类若干体表性状的遗传分析 实验七 人体皮纹的遗传分析 实验八 PTC味盲基因的群体遗传分析

3 生物染色体的遗传分析 实验九 细胞分裂期的染色体行为分析 实验十 人类外周血淋巴细胞培养及染色体分析 实验十一 染色体端粒的遗传分析


基因连锁的遗传分析  实验十二 果蝇连锁基因的遗传分析(三点测交)  实验十三 链孢霉的遗传分析  实验十四 大肠杆菌基因的顺序分析  实验十五 分子标记的遗传分析

5 基因突变的遗传分析  实验十六 转座子插入突变的遗传分析  实验十七 植物多倍体诱发的遗传分析  实验十八 诱变物质的微核检测的遗传分析  实验十九 大肠杆菌基因的诱变与遗传分析

6 生物进化的遗传分析  实验二十 黑腹果蝇跏Dfak基因内含子进化分析  实验二十一 细菌的16S rRNA基因进化分析  实验二十二 植物DNA序列进化分析  实验二十三 mtDNA进化分析 


生物亲缘关系的遗传分析  实验二十四 DNA指纹的遗传分析  实验二十五 HLA基因分型的遗传分析  实验二十六 Y染色体基因标记的遗传分析

8 生物性别决定的遗传分析  实验二十七 哺乳类及鸟类的性别决定基因分析

9 基因定位的遗传分析  实验二十八 染色体荧光标记法的基因定位遗传分析   实验二十九 数量性状基因座(QTL)定位的遗传分析

10 基因功能的遗传分析  实验三十 表观遗传抑制剂对细胞周期调控的分析  实验三十一 细菌的局限性转导的遗传分析  实验三十二 RNA干扰基因沉默的遗传分析



遗传学实验的修订思路打破技术界限,以学术思想为指导,构建遗传学问题为模块的实验体系。

  • 修订和完善原有的实验内容。

  • 充实连锁分析模块中的遗传标记分析内容。

  • 充实基因定位模块实验内容。

  • 充实基因功能模块的实验内容。

  • 增加基因表达系统分析模块。

    需增加的涵盖技术:

    基因转染高表达系统构建和检测;

    细胞周期调控中的检测指标和技术;


遗传学实验改革的展望打破技术界限,以学术思想为指导,构建遗传学问题为模块的实验体系。

总体构思:结合学科特点和与交叉学科的相互促进发展,拓展遗传学前沿领域的研究转化为教学实验内容。

主要探讨方向是:

1 表观遗传学实验的引进和转化(DNA甲基化修饰等)。

2个体发育遗传学内容的整合与消化(干细胞与基因特异性表达)。

3生物信息学领域的遗传信息分析(特定数据挖掘)。

4系统生物学中涉及的DNA非编码序列(microRNA等)。



谢 谢人类科学发展到现代历史阶段,公民已经通过多途径,有能力地获得了科学发展的知识,作为当代的大学生,没有理由落后与社会的发展。给予学生现代的科学知识是大学教育的职责。在这个职责面前没有重点大学与非重点大学的区别,没有地方大学与部属大学的差异。


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