06.03.01_vvedenie_v_biotehnologiyu_shapovalovax

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет
имени Н.Г. Чернышевского»
Балашовский институт (филиал)
УТВЕРЖДАЮ:
Директор БИ СГУ
доцент А.В. Шатилова
_________________
«12» ноября 2014 г.
Рабочая программа дисциплины
Введение в биотехнологию
Направление подготовки
06.03.01 - Биология
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Балашов
2014
СОДЕРЖАНИЕ
1. ЦЕЛЬ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ ................................................ 3
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ
ПРОГРАММЫ ....................................................................................................... 3
3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В
ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ ................................................... 3
ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ......................... 3
4. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ ......................... 4
4.1. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ ........................................................................... 4
4.2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ................................................................. 4
4.3. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ .................................................................... 4
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ
ОСВОЕНИИ ДИСЦИПЛИНЫ ........................................................................... 5
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ОСУЩЕСТВЛЕНИИ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ПО ДИСЦИПЛИНЕ ................................................. 6
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ. ОЦЕНОЧНЫЕ
СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ,
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ .................................................................................................... 6
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ....................... 6
ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ И
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ................................................ 8
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ................................................................. 10
ЛИТЕРАТУРА ПО КУРСУ .............................................................................. 10
ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ................................................................................... 11
8. ДАННЫЕ ДЛЯ УЧЕТА УСПЕВАЕМОСТИ СТУДЕНТОВ В
БАРС ...................................................................................................................... 11
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ .................................................................................................. 11
2
1. Цель освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Введение в биотехнологию» является
формирование систематизированных знаний в области биотехнологии.
2. Место дисциплины
в структуре образовательной программы
Дисциплина «Введение в биотехнологию» относится к вариативной
(профильной) части профессионального цикла (Б3.В.8), изучается в 7 семестре
и является одной из дисциплин, формирующих профессиональные знания и
навыки, характерные для бакалавра по направлению подготовки 06.03.01
«Биология». Для освоения дисциплины студенты используют знания в области
неорганической химии, органической химии, биологической химии.
3. Компетенции обучающегося,
формируемые в процессе освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
проявляет экологическую грамотность и использует базовые знания в области биологии и жизненных ситуациях, понимает социальную значимость и
умеет прогнозировать последствия своей профессиональной деятельности, готов нести ответственность за свои решения (ОК-8);
демонстрирует современные представления об основах биотехнологии и
генной инженерии, нанобиотехнологии, молекулярного моделирования (ПК11);
Планируемые результаты обучения по дисциплине
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
знать:
- современные проблемы биотехнологии; состояние и перспективы ее развития;
- способы создания и совершенствования объектов биотехнологии методами клеточной и генетической инженерии, возможности интенсификации промышленного биотехнологического производства с позиций современной
науки;
- основные новейшие биотехнологии при решении важнейших социальноэкономических проблем в области экологии, ресурсов, питания, здравоохранения;
уметь:
- применять научные знания в области биологической технологии в
учебной и профессиональной деятельности;
3
- осуществлять поиск и анализ научной информации по актуальным вопросам современного естествознания;
владеть:
- простейшими биотехнологиями.
4. Содержание и структура дисциплины
4.1. Объем дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа, из них:
- по очной форме обучения 32 часа аудиторной работы (16 часов лекций
и 16 часов практических занятий), 40 часов самостоятельной работы, дисциплина изучается в 7 семестре, ее освоение заканчивается зачетом.
4.2. Содержание дисциплины
Научные основы биотехнологии
История возникновения и формирования биотехнологии. Понятие «Биотехнология». Связь биотехнологии с другими науками. Сферы применения
биотехнологических процессов. Научные основы биотехнологии. Разделы
биотехнологии и их краткая характеристика: промышленная микробиология;
медицинская биотехнология; технологическая биоэнергетика, сельскохозяйственная биотехнология; биогидрометаллургия; инженерная энзимология;
клеточная и генетическая инженерия; экологическая биотехнология. История
возникновения
и формирования биотехнологии. Биотехнологические процессы: элементы,
критерии оценки, контроль и управление моделирование и оптимизация
Технологические основы биотехнологических производств. Стадии биотехнологического процесса. Элементы, слагающие биотехнологические процессы. Критерии оценки эффективности процессов. Контроль и управление
биотехнологическими процессами; моделирование и оптимизация.
Характеристика основных направлений биотехнологии
Промышленная микробиология: процессы производства полезных веществ. Генетическая и клеточная инженерия. Технологическая биоэнергетика
и биологическая переработка минерального сырья. Биотехнологические альтернативы в сельском хозяйстве. Экологическая биотехнология.
4.3. Структура дисциплины
ОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
4
Неделя
семестра
Раздел
учебной
дисциплины
Семестр
№
п
/
п
Виды учебной деятельности, включая самостоятельную работу студентов
и трудоемкость (в часах)
ПракЛекС Вс
тич./Из
ции
Р его
них прово- С
димых в
итерактивных формах
1
Научные основы био- 2
технологии
1-8
8
8/2
20 36
2
Характеристика основ- 2
ных направлений биотехнологии
9-16
8
8/2
20 36
3
Итого
16
16/4
40
Формы текущего
контроля успеваемости
(по неделям семестра)
Форма промежуточной аттестации (по
семестрам)
Тест,
блиц-опрос.
Участие в практ. занятиях, семинарах,
выполнение аналитических заданий,
защита рефератов
Тест,
блиц-опрос.
Участие в практ. занятиях, семинарах,
выполнение аналитических заданий,
защита рефератов.
Зачет
5. Образовательные технологии,
применяемые при освоении дисциплины
 Традиционные образовательные технологии: лекции, практические занятия;
 мультимедийные образовательные технологии: интерактивные лекции
(презентации) с использованием программы MS Power Point.
 имитационные технологии: использование электронных пособий;
 элементы программированного обучения: составление графиков и рисунков, моделей биотехнологических процессов по изучаемым разделам
на компьютере;
 технологии проблемного обучения: технология моделирования изучаемых процессов и явлений; технология поиска информации;
 технологии развивающего обучения;
 рейтинговая оценка знаний как инновационный подход к обучению.
 удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, составляет
не менее 20 % аудиторных занятий.
 В преподавании дисциплины могут быть использованы следующие
адаптивные технологии. Для обучающихся студентов с нарушениями
слуха информация представляется визуально, применяются ИКТтехнологии - использование ассистивных устройств; для лиц с наруше5
нием зрения – аудиальная подача материала, изображения микроскопических объектов представляются в форме презентаций. Для обучающихся с нарушениями опорно-двигательного аппарата применяются интернет-технологии и дистанционное обучение (с использованием сети
Интернет, электронной почты, социальных сетей); для слабовидящих
студентов - разноуровневое и дифференцированное обучение. Для обучения инвалидов и лиц с ОВЗ также применяются универсальные технологии тьюторского сопровождения, инклюзивного и адаптивного обучения, определения образовательного маршрута, технология обособленного контроля самостоятельной работы. Выбор мест прохождения
практик осуществляется с учетом с ограниченных возможностей здоровья обучающихся.
Информационные технологии, используемые
при осуществлении образовательного процесса по дисциплине
 Использование информационных ресурсов, доступных в информационно-телекоммуникационной сети Интернет (см. перечень ресурсов в
п. 8 настоящей программы).
 Составление и редактирование текстов при помощи текстовых редакторов.
 Создание электронных документов (компьютерных презентаций, видеофайлов, плейкастов и т. п.) по изучаемым темам и электронных
коллекций.
6. Учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Самостоятельная работа студентов по дисциплине
1. Подготовка докладов по вопросам, предложенным для самостоятельного
изучения в теоретической части практических занятий. Подготовка ведется
к каждому практическому занятию.
Методические рекомендации: подготовка ведется с использованием текста лекции по соответствующей теме, с использованием учебников и учебных
пособий, указанных в списке литературы.
2. Подготовка рефератов:
Методические рекомендации: Реферат, как форма самостоятельной
научной работы студентов, - это краткий обзор максимального количества
доступных публикаций по заданной теме, с элементами сопоставительного
анализа данных материалов и с последующими выводами. При проведении обзора должна проводиться и исследовательская работа, но объем ее ограничен, так как анализируются уже сделанные предыдущими исследователями
6
выводы и в связи с небольшим объемом данной формы работы. Преподаватель рекомендует литературу, которая может быть использована для написания реферата.
Тематика рефератов:
1. Получение искусственных генов методом ПЦр.
2. Клонирование позвоночных: успехи и проблемы.
3. Генно-инженерные фармакологические белки и пептиды.
4. Генно-инженерные вакцины.
5. Генная терапия сегодня и завтра.
6. Ген-направленные биологически активные вещества.
7. Адресная доставка лекарственных препаратов.
8. Транспортировка цитотоксических липосом к злокачественным клеткам.
9. Биотехнология получения лизина.
10.Биотехнология получения витаминов.
11.Биотехнология получения белка одноклеточных.
12.Внеклеточный синтез белка на иммобилизованных рибосомах.
13.Методы создания полусинтетических антибиотиков.
14.Вторичные микробные метаболиты с иммуносупрессорой активностью.
15.Биотехнология получения промышленно важных стероидов.
16.Биотехнология получения экстрацеллюларных углеводов. Биотехнологические микрочипы.
17.Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов.
18.Иммобилизованные ферменты в медицине. Иммобилизованные ферменты в тонком органическом синтезе.
19.Иммобилизованные ферменты в мониторинге токсических веществ.
20.Биодеградация ксенобиотиков.
21.Биотехнология защиты окружающей среды.
22.Биотехнология извлечения полезных веществ из отходов.
23.Чистая вода.
24.Сырьевой кризис и проблема добычи металлов из морской воды. Биотехнологические методы мониторинга окружающей среды.
25.Улучшение аминокислотного состава запасных белков с помощью методов генной инженерии.
26.Получение, способы культивирования и использование изолированных
протопластов.
27.Перспективы введения микроорганизмов в популяции культивируемых
клеток.
28.Получение и перспективы использования трансгенных растений.
5. Подготовка к зачету:
Методические рекомендации: Этот вид самостоятельной работы
наиболее сложный и ответственный. Начинать подготовку к зачету нужно
заблаговременно, до начала сессии. Одно из главных правил – представлять
7
себе общую логику предмета, что достигается проработкой планов лекций,
составлении опорных конспектов, схем, таблиц. В конце семестра повторять
пройденный материал в строгом соответствии с учебной программой, примерным перечнем учебных вопросов, выносящихся на зачет и содержащихся в
данной программе. Использовать конспект лекций и литературу, рекомендованную преподавателем. Обратить особое внимание на темы учебных занятий, пропущенных студентом по разным причинам. При необходимости обратиться за консультацией и методической помощью к преподавателю.
Оценочные средства
для текущего контроля успеваемости
и промежуточной аттестации по дисциплине
1. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебнометодическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Оценочные средства составляются преподавателем самостоятельно при
ежегодном обновлении банка средств. Количество вариантов заданий зависит
от числа обучающихся.
а) оценочные средства для текущего контроля успеваемости
1. Пример вопросов для обсуждения на практических занятиях:
Методические рекомендации: вопросы подобного типа рассматриваются на практических занятиях и требуют от студентов подготовки, связанной с проработкой содержания лекционного материала и обязательным обращением к соответствующим разделам учебной литературы, рекомендуемой для самостоятельной работы.
1. В чем заключается биотехнологический процесс преобразования
солнечной энергии?
2. На чем основано производство кормового белка в биотехнологии?
3. Рассмотреть историю развития генетической инженерии.
2. Пример заданий для аналитической работы
Методические рекомендации: Студент должен ориентировать на следующие критерии: полнота раскрытия темы, четкость структуры сообщения,
самостоятельность, логичность изложения, наличие выводов, сделанных самостоятельно;
1. Выполнить реферат на тему «Клонирование позвоночных: успехи и
проблемы».
2. Выполнить реферат на тему «Генно-инженерные фармакологические
белки и пептиды».
3. Выполнить реферат на тему «Генно-инженерные вакцины».
4. Выполнить реферат на тему «Генная терапия сегодня и завтра».
5. Выполнить реферат на тему «Биотехнология получения витаминов».
6. Выполнить реферат на тему «Методы создания полусинтетических антибиотиков».
8
3. Пример практических заданий
Методические рекомендации: формулировка предложенных заданий для
работы требует от студентов, с одной стороны, достаточно хорошего
знания теоретического и фактического материала по изучаемой теме, с другой – предполагает сравнительный анализ фактов и событий педагогической
науки и практики, представленных в других темах курса и в других педагогических дисциплинах.
1.
Рассмотреть классификацию продуктов биотехнологических производств.
2.
Дать характеристику генной инженерии растений:
- получение трансгенных растений;
- применение методов генетической инженерии для улучшения аминокислотного состава запасных белков растений;
- повышение эффективности процессов фотосинтеза;
- генноинженерные подходы к решению проблемы усвоения азота;
- устойчивость растений к фитопатогенам;
- устойчивость растений к гербицидам;
- устойчивость растений к насекомым;
- устойчивость растений к абиотическим стрессам.
б) оценочные средства для промежуточной аттестации
Промежуточная аттестация проходит в форме теста, тесты разрабатываются по каждому разделу дисциплины.
1. Совокупность промышленных методов использующих живые организмы
(одноклеточные) и биологические процессы для производства продуктов
питания, лекарств, охраны природы называется 1) биоиндикация, 2) биотехнология, 3) биохимия, 4) промышленная химия.
2. Возникновение геномики как научной дисциплины стало возможным после
1) установления структуры ДНК, 2) дифференциации регуляторных и
структурных участков гена, 3) полного секвенирования генома у ряда организмов, 4) подтверждения концепции о двойной спирали ДНК
3. Любой биотехнологический процесс включает три основные стадии: предферментационную, ферментационную и 1) подготовку питательных субстратов
и сред, 2) получение готовой товарной продукции, 3) окислительную, 4)
постферментационную.
4. К основными элементами, слагающими биотехнологические процессы, относится 1) биологический агент, 2) кислород, 3) реактивы, 4) ДНК.
5. Продуктивность биотехнологического процесса характеризуется 1) наличием конечного продукта, 2) наличием химической реакции, 3) количеством
продукта, получаемого на единицу объема биореактора в единицу времени,
4) прибылью, получаемой от производства.
6. Выход продукта (Y) (экономический коэффициент) определяется по
формуле 1) Y = X/Sо – S, 2) dX/dt = X, 3) lnX = lnX0 +  t.
9
в) оценочные средства для итоговой аттестации
Вопросы к зачету
1. Понятие «Биотехнология»
2. Основные разделы биотехнологии
3. История возникновения и формирования биотехнологии
4. Технологические основы биотехнологических производств
5. Элементы, слагающие биотехнологические процессы
6. Критерии оценки эффективности процессов
7. Контроль
и
управление
биотехнологическими
процессами;
моделирование и оптимизация
8. Белок одноклеточных.
9. Аминокислоты.
10.Технология получения глутаминовой кислоты
11.Технология получения лизина
12.Технология получения триптофана
13.Органические кислоты
14.Получение лимонной кислоты
15.Получение молочной кислоты
16.Получение уксусной кислоты
17.Витамины.
18.Получение витамина В12
19.Получение витамина В2
20.Получение эргостерина
21.Биополимеры.
22.Антибиотики.
23.Получение и применение ферментов
24.Иммобилизованные ферменты
25.Процессы на основе иммобилизованных ферментов
26.Ферменты в микроанализе
27.Методы и возможности генетической инженерии
28.Генная инженерия промышленно важных продуцентов
29.Клеточная инженерия
7. Учебно-методическое и информационное
обеспечение дисциплины
Литература по курсу
Основная литература
1. Сазыкин Ю. О. Биотехнология [Текст] : учеб. пособие для студентов
вузов / Ю. О. Сазыкин, С. Н. Орехов, И. И. Чакалева ; под ред. : А. В. Катлинского, 2006.
10
Дополнительная литература
2. Егорова Т. А. Основы биотехнологии [Текст] : учеб. пособие для пед.
вузов / Т. А. Егорова, С. М. Клунова, Е. А. Живухина, 2003. - 208 с.
Интернет-ресурсы
1. Сайт Федерального агентства по образованию МОиН. – Режим доступа :
http://www.ed.gov.ru
2. Словари и энциклопедии. – Режим доступа : http:// www.dic.academic.ru
3. Научная библиотека МГУ. Учебники - полные тексты в формате pdf
http://www.elibr.narod.ru/Books-pdf.htm
4. Научная электронная библиотека e-library.
5. Основные справочные и поисковые системы: LibNet, MedLine, PubMed,
Google, Yandex, Rambler.
8. Данные для учета успеваемости студентов в БАРС
Барс не планируется в 2014-2015 учебном году.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины




Учебные аудитории, оборудованные комплектом мебели, доской.
Комплект проекционного мультимедийного оборудования.
Компьютерный класс с доступом к сети Интернет.
Библиотека с информационными ресурсами на бумажных и электронных носителях.
 Офисная оргтехника.
Программа разработана в 2013 году (одобрена на заседании кафедры
биологии и экологии (протокол № _1__ от «28» ____08__ 2013_____ года).
Программа актуализирована в 2014 г., (одобрена на заседании кафедры
биологии и экологии (протокол № 4 от 28. 10. 2014 года).
Автор:
Автор к.б.н., доцент
Зав. кафедрой биологии и экологии
Декан факультета естественно-научного
и педагогического образования, к.с.-х.н.,
доцент (факультет, где разрабатывалась программа)
А.А. Шаповалова
А.И. Золотухин
М.А. Занина
11