课程组按照教学大纲、课程目标，初步探索出了“4441”模块式授课方式并进行实践。主要做法如下：
1. 代谢分析模块（8课时）
第一章“代谢工程绪论”：通过介绍代谢工程学科背景、学科发展史和理论框架，让研一新生对代谢工程有一个整体认知。之后，介绍一些代谢工程相关会议、学术刊物和学术论文等，结合研究生期间会涉及到的代谢工程相关实验操作等，以调动学生们的学习兴趣。第二章“代谢反应和调节方式”：内容包括细胞代谢反应的基本类型和功能、酶活性的主要调节方式及酶动力学、蛋白表达水平的调节、流通代谢物及全局调控，重点介绍诱导、阻遏、基因表达的调控机制、核糖分子开关对基因表达的调控等与研究生的科研工作相关性强的内容，从而激发学生热情并做到理论与实践相结合。第三章“生化反应质量平衡与模型”：主要内容包括生物反应的质量平衡方程、比反应速率与得率系数、生物反应的黑箱模型等，重点介绍生物反应的黑箱模型，通过举例、计算，让学生对整体代谢分析有一定概念。第四章“代谢通量分析”：内容包括代谢通量分析的原理、基于测量数据的代谢通量分析、同位素标记法测定代谢通量、基元模型分析，重点介绍基于测量数据的代谢通量分析，让学生熟悉代谢网络、代谢流分布计算等内容。
2. 组学模块（8课时）
随着测序技术的高速发展，组学研究在代谢工程与合成生物学中发挥着越来越重要的作用。本课程结合代谢工程与合成生物学相关内容，对基因组学、转录物组学、蛋白质组学、代谢物组学进行讲授。第五章“基因组学”：授课内容包括基因组学研究内容、基因组尺度代谢网络模型、基因组尺度代谢网络模型的重构和应用，重点讲授基因组尺度代谢网络模型的重构过程。第六章“转录物组学”：授课内容包括转录物组学研究内容、基于基因芯片技术的转录物组分析、基于RNA-Seq的转录物组分析、转录物组学技术在微生物代谢工程中的应用，重点讲授转录物组学技术在微生物代谢工程中的应用。第七章“蛋白质组学”：包括蛋白质组学研究内容、蛋白质组学研究和新技术、蛋白质数据分析处理技术、蛋白质组学在微生物学研究中心的应用，重点讲授了蛋白质组学研究核心技术和其在微生物学研究中心的应用。第八章“代谢物组学”：讲授代谢物组学研究内容、微生物代谢物组学的研究方法、代谢物组学在代谢工程菌种改进中的应用。
3. 合成生物学模块（8课时）
本模块为合成生物学模块，合成生物学是在基因工程、蛋白质工程、生物信息学和相关技术发展下形成的学科。因此,合成生物学放在代谢工程与组学模块之后进行讲授。第九章“合成生物学原理”：本章从合成生物学的起源与发展引入，讲解合成生物学学科发展史，提高研究生对合成生物学的兴趣与热情，之后讲解合成生物学原理，包括合成生物学解析思路、生物积块的标准化及定量化、合成生物系统的层级化结构、合成生物系统的逻辑结构、合成生物系统定量研究方法、合成生物系统的设计原理与简约性、合成新反应与网络的设计原理等，重点讲解合成生物学中的基本概念与基本原理，使研究生对合成生物学有整体概念与理解。第十章“合成生物系统的基因路线”：讲授基因线路调控元件、逻辑门基因线路、开关基因线路、基因线路调控方式、基因线路实例等，结合前期代谢工程中代谢调控分析内容与合成生物学中基因线路相关内容的异同，强化学生对基因代谢线路中各个元件、逻辑的认知。第十一章“合成生物系统的设计与组装”：讲授合成生物系统的设计、合成生物系统的组装与构建、合成生物系统的优化、合成生物系统的分析与筛选、“设计-构建-检验-重设计”的特征循环、合成生物系统中的细菌间相互作用等内容，重点讲解生物系统层级系统合成与设计的相关概念。第十二章“合成生物系统的调控与优化”：讲授合成生物系统的单点调控与优化、合成生物系统在基因组水平的全局调控与优化、合成生物系统的理性调节与随机调节，并结合之前组学模块部分进行深入讲解。