初中生物七年级下册《尿的形成与排出》深度探究教案

初中生物七年级下册《尿的形成与排出》深度探究教案

一、教学背景分析

（一）教材分析

本课选自北京师范大学出版社义务教育教科书《生物学》七年级下册第四单元第九章“人体内的物质运输和废物的排出”第二节。该单元以“人体生理与健康”为大概念，聚焦人体各系统协调统一的生命活动。尿的形成与排出是人体代谢废物排出途径的核心内容，前承循环系统血液成分变化，后启人体内环境稳态调节，在知识体系中具有承上启下的枢纽地位。教材以“肾是形成尿液的器官”为切入点，通过肾单位结构显微图解、尿形成过程示意图、排尿反射路径图等可视化载体，系统呈现“滤过—重吸收—分泌—排出”的逻辑链条。本节内容蕴含结构与功能相适应、局部与整体相统一、稳态与调节相依存的生命观念，是培养学生科学思维和健康责任感的典型载体。

（二）学情分析

【基础】七年级学生已具备人体八大系统的基本认知，通过前一章“血液循环”的学习，掌握了血液成分、血管类型及心脏结构，对血液流经肾脏发生的变化有朴素的好奇心。但学生微观结构想象能力较弱，对于肾小球滤过、肾小管重吸收等肉眼不可见的生理过程存在认知鸿沟；对尿液成分异常与疾病的关系虽有生活经验，但缺乏系统性、机制性的解释框架。此外，青春期学生开始关注自身身体变化，对泌尿系统健康具有潜在的学习内驱力。

（三）设计理念

以“生命观念、科学探究、社会责任”核心素养为纲领，采用“大单元·小项目”整合策略，将本课重构为“人体代谢废物的智慧处理系统”项目化学习子任务。践行“学习即探究”理念，以“肾单位净化工厂”为认知隐喻，通过动态建模、实验推演、临床诊断等跨学科实践活动，实现从“知识习得”向“素养生成”的跃迁。

二、教学目标设计

（一）生命观念

1.通过构建肾单位三维模型与尿形成动态流程图，深刻理解“结构与功能相适应”的观点，阐明肾脏通过滤过和重吸收作用实现精准调控的生命智慧。【核心素养·非常重要】

2.确立人体内环境稳态的维持依赖各器官协调配合的系统观，认同泌尿系统对生命健康的核心价值。【重点·高频考点】

（二）科学思维

1.运用比较与分类的方法，辨析原尿与血浆、尿液成分的定量差异，推断肾小球和肾小管的功能。【难点突破】

2.基于肾衰竭患者的血液检测与尿液检测数据，提出肾功能障碍的可能部位，发展循证推理能力。【高阶思维·热点】

3.构建“尿形成过程”概念模型，通过模型修正实现科学解释的迭代升级。【科学探究·重要】

（三）科学探究

1.设计并实施“模拟肾单位滤过作用”的跨学科实验，使用鸡蛋清淀粉混合液、漏斗、滤纸等材料探究滤膜孔径与物质通过性的关系。【实践创新】

2.观察哺乳动物肾脏解剖视频与永久装片，运用显微镜辨识肾单位显微结构，完成观察记录与结构功能连线图。【基础】

（四）社会责任

1.养成适量饮水、及时排尿的健康生活习惯，能够向家人宣讲憋尿的危害与科学饮水原则。【健康中国行动】

2.关注器官捐献与血液透析技术，理解现代医学对肾衰竭患者的生命关怀，形成尊重生命、珍爱健康的价值观。【生命教育】

三、教学重难点及突破策略

（一）【难点】肾单位中肾小球的滤过作用与肾小管的重吸收作用的微观动态过程，尤其是两者对血细胞、大分子蛋白质、葡萄糖、无机盐、尿素等不同成分处理机制的差异。

【突破策略】

1.物理模型显性化：使用不同孔径的筛网、半透膜袋、分装不同颗粒大小的黄豆、绿豆、小米、面粉，模拟滤过屏障对物质的选择透过性。

2.概念模型动态化：设计“肾单位工作流”可移动磁贴板，学生分组将血液成分磁贴移入肾小囊腔（滤过）和移回毛细血管（重吸收），在操作中建构认知。

3.数据模型实证化：提供正常人血浆、原尿、尿液成分化验单（真实数据脱敏处理），引导学生计算浓缩倍数与重吸收率，用数学定量支撑生理机制。

（二）【重点】尿的形成全过程及排尿反射的意义，贯穿结构与功能、局部与整体、稳态与调节三条主线。

【强化策略】

1.角色扮演法：学生扮演“葡萄糖”“尿素”“水”“无机盐”，在“肾单位旅行记”情景剧中演绎不同成分的命运走向。

2.临床案例法：呈现“糖尿病”“肾小球肾炎”“尿毒症”三种患者的尿检报告单，以任务驱动“谁是肾脏里的肇事者”，在真实问题解决中锚定核心概念。

四、教学方法与学法指导

（一）教法设计

1.启发式问题链：以“血液是红色的，尿液是黄色的，血液流经肾脏发生了什么？”为源头问题，衍生出“哪些物质离开了血液？”“离开后去哪了？”“为什么有的物质出去了又回来？”“最终排出的物质有什么特征？”四阶问题链，驱动思维爬坡。

2.支架式教学：在模型构建环节提供半成品组件（如未标注的肾单位轮廓图、成分卡片），学生通过补全、连接、标注完成知识内化。

3.跨学科整合：融入流体力学（滤过压）、材料科学（半透膜）、数学（比例计算），拓展科学视野。

（二）学法指导

1.模型建模法：运用示意图、物理模型、概念图等多模态表征，将抽象过程具象化。

2.批判性阅读法：对比教材与科普文章中关于“肾单位数量”“肾血流量”等数据差异，培养信息甄别能力。

3.合作论证法：围绕“尿液中出现蛋白质一定是肾小球病变吗？”等争议性问题开展小组辩论，形成基于证据的主张。

五、教学资源与环境准备

1.实验器材组：哺乳动物肾脏解剖视频、肾单位结构永久装片、光学显微镜；鸡蛋清淀粉悬浮液、烧杯、玻璃棒、漏斗、定性滤纸、半透膜袋、葡萄糖试纸、蛋白质试剂盒。

2.数字化资源：3D虚拟肾单位解剖软件、人体成分在线分析平台（模拟）、班级作品上传共享云盘。

3.模型教具组：肾单位大型磁力拼图板（教师演示用）、小组用肾单位磁贴组件、不同颜色标识的血液成分磁性贴片。

4.学习支架组：血浆/原尿/尿液成分比对卡（含正常参考值）、肾单位结构空白导图、尿检临床案例卡。

5.环境布置：教室四周张贴泌尿系统健康宣传画，设置“肾脏知识漂流图书馆”流动图书角，陈列《DK人体百科全书》《肾衰竭患者饮食指南》等拓展读物。

六、教学实施过程

（一）第一课时：肾脏的微观探秘——结构与功能初识

1.情境激趣·问题导入（5分钟）

播放社会新闻短视频：某马拉松运动员赛后出现酱油色尿，紧急送医诊断为“横纹肌溶解症”，肾功能受损。教师设问：“为什么肌肉溶解会伤害肾脏？尿液颜色为什么能预警身体故障？”【热点·健康】学生从生活经验出发推测肾脏与血液净化有关。展示人体泌尿系统全貌挂图，定位肾脏的腹腔位置，触摸自身后腰肋脊角，初步建立空间感知。

2.宏观建构·肾脏外貌（7分钟）

分发每组一个新鲜猪肾（实验安全处理过）或高清立体解剖模型，学生运用放大镜观察肾脏外形——“蚕豆状、红褐色、光滑包膜”，解剖肾门结构，辨认输尿管、肾动脉、肾静脉。请学生用手轻捏肾实质，感受皮质与髓质的软硬差异。教师补充：每个肾脏约有100万个肾单位，双侧肾脏总滤过面积可达1.5平方米，相当于单人课桌面积。【非常重要的数据认知】学生惊叹于微观结构汇聚的宏大功能，树立“微小却强大”的生命观。

3.显微观察·直击肾单位（12分钟）

进入微观探秘环节：学生两人一组，在显微镜下观察肾单位永久装片（肾小球、肾小囊切片），对照教材图9-12，在活动卡上圈出入球小动脉、出球小动脉、肾小球毛细血管丛、肾小囊腔壁层与脏层。教师巡导，指导低倍镜转高倍镜时的调焦技巧。邀请最快找到典型视野的小组，将手机连接显微镜目镜拍摄实时画面投屏，全班共析。学生代表描述所见：“一团盘曲的毛细血管被一个双层杯状结构包裹”，教师顺势引入术语“肾小囊”，并以拳掌关系比喻：拳头是肾小球，握拳的手掌是肾小囊，两者之间的缝隙就是囊腔。【难点具象化解】

4.类比迁移·滤过初探（10分钟）

承接观察，教师举着实验室过滤装置提问：“肾小球和肾小囊壁的结构像不像这个漏斗和滤纸？”学生应答后，开展微型探究活动“自制人工肾单位”。每组领取简易材料包：剪去底部的塑料杯固定滤纸代表肾小囊壁，杯内置入海绵球浸润红墨水代表肾小球毛细血管。从顶部缓缓倒入清水冲刷，观察滤纸颜色变化，并讨论：为什么流出的水是红色的？这说明了什么？学生迅速反应：滤纸孔径太大，红细胞漏过了。进而反思：真正的肾单位如何精准选择？引出肾小球滤过膜的三层结构——毛细血管内皮细胞、基膜、肾小囊足细胞间隙。【重要】教师借助3D动态解剖软件，逐层剥离展示这三层结构，特别强调基膜上直径约4-8纳米的网孔，以及带负电荷的硫酸肝素糖蛋白，从物理筛分和电荷屏障双重视角解释为什么血细胞和蛋白质正常情况不能通过。【高阶拓展】

5.建模固着·肾单位拼图（8分钟）

小组合作完成肾单位结构磁力拼图。组件包括：入球小动脉、出球小动脉、肾小球毛细血管、肾小囊、近曲小管、髓袢降支、髓袢升支、远曲小管、集合管。要求标注血流方向与尿流方向，并用箭头贴纸连接。教师展示某小组作业，引导学生纠错：出球小动脉位于肾小球之后，是静脉血吗？学生辨析后明确：出球小动脉内流动的仍是动脉血，只是含氧量略有降低、代谢废物增多。拼图结束后，教师发放“肾单位结构通关自评卡”，包含8道结构填空题，限时3分钟完成，当堂互批，巩固效果。【基础·高频考点】

（二）第二课时：尿液的生成智慧——滤过与重吸收

1.数据思辨·成分解密（6分钟）

呈现核心认知工具：正常人血浆、原尿、尿液主要成分对比表（克/100毫升）。数据如下：葡萄糖0.1、0.1、0；蛋白质7-9、微量、0；尿素0.03、0.03、2；钠离子0.32、0.32、0.35；水90-93、97、95。学生先独立观察，再相邻四人小组研讨，完成《三阶成分侦探单》三个任务：

任务1：比较原尿与血浆成分差异，推测肾小球滤过膜允许哪些物质通过？不允许哪些物质通过？证据是什么？

任务2：比较尿液与原尿成分差异，推测肾小管发挥了什么功能？证据中哪些成分变化最显著？

任务3：计算尿素的浓度在尿液中是原尿的多少倍？这一现象说明了什么？【重要·数学建模】

2.论点交锋·谁是吸水大王（8分钟）

针对任务2，学生很容易捕捉到“葡萄糖消失”“水大幅减少”“尿素高度浓缩”。教师追问：“是肾小管只重吸收葡萄糖和水，还是它把尿素也重吸收了？”部分学生可能认为肾小管只吸收有用物质，教师展示科研工作者用微穿刺法获取肾小管各段液体成分的经典实验数据，证明髓袢升支粗段主动重吸收钠离子、氯离子，而尿素在各段有分泌也有重吸收，形成逆流倍增。此时不要求初中生全盘掌握逆流倍增机制，但需建立“肾小管对不同物质选择性处理，并非只有重吸收，还包括主动分泌”的完整认知。【难点铺垫】

3.角色演绎·肾单位剧场（12分钟）

【非常重要】开展沉浸式戏剧活动“我在肾单位的一天”。六人一组，分别扮演水分子、葡萄糖、尿素、钠离子、红细胞、大分子蛋白质。场景一“肾小球滤过关”：肾小囊壁同学手持滤网（不同孔径KT板），红细胞和蛋白质颗粒过大、负电荷排斥，被拒之门外；水、葡萄糖、尿素、钠离子顺利通过进入肾小囊腔，形成原尿。场景二“肾小管重吸收关”：扮演葡萄糖的同学发现前方有主动转运载体（学生双手做“搬运”状），被重新运回血液；水同学一部分通过渗透作用被动回归，一部分随尿液远行；尿素同学仅有少量被吸收，大部分趾高气昂走进集合管。场景三“集合管浓缩关”：抗利尿激素登场（教师客串或学生扮演），宣布“此时机体缺水，加强水重吸收”，水同学纷纷离队，尿素浓度飙升。表演后全班鼓掌复盘，教师提炼：肾单位不是单纯的过滤器，而是一座智能分拣中心，具有强大的调节储备。【高频考点·热点】

4.实证推理·临床诊断室（15分钟）

出示三份模拟尿检报告单：

患者甲：尿蛋白+++、尿潜血+++、镜下红细胞满视野。

患者乙：尿葡萄糖++++、酮体++。

患者丙：尿比重1.010（固定低值）、血肌酐580μmol/L。

问题链驱动：

（1）哪位患者的病变部位最可能在肾小球？你的证据链是什么？

（2）患者乙的尿液中为什么出现葡萄糖？他的血液胰岛素水平可能是高还是低？

（3）患者丙的肾单位是否还有滤过功能？为什么说慢性肾衰竭是不可逆的？【非常重要·社会责任】

学生在病例研讨中综合运用滤过、重吸收概念，同时触发跨章节联动——联系胰岛素的调节功能。教师补充透析治疗原理：将患者血液引出体外，经人工半透膜（类似肾小球滤过膜）清除毒素，再回输体内。呼吁学生对透析患者报以理解与尊重，传递“科技辅助生命，关爱延续生命”的价值导向。

5.模型迭代·完整流程图（6分钟）

回扣课前贫血红墨水实验，学生已深刻认识到“肾单位≠普通滤网”。各组重新审视初始绘制的尿形成草图，用红蓝两色笔修正：红色箭头表示滤过，蓝色箭头表示重吸收，虚线箭头表示分泌。教师提供概念锚词：“两作用、一管网、三阶段”，即肾小球的滤过作用、肾小管与集合管的重吸收作用、集合管的浓缩调节，最终形成尿液。学生将修正版模型拍照上传至班级相册，形成个人成长档案。

（三）第三课时：尿路的畅达与护卫——排出路径与健康

1.定向读图·尿液旅行（5分钟）

学生自主阅读教材排尿反射示意图，完成《尿液漂流日记》填空式文案：“尿液在肾脏形成后，流入（），由于（）平滑肌的蠕动性收缩，被推送到（）暂时储存。当尿液积累到约（）毫升时，膀胱壁（）感受器受到刺激，产生神经冲动沿（）神经传到脊髓（）中枢，同时上传至大脑皮层产生尿意。”【基础·高频考点】指名两位学生板演填空，全班核对，强调“输尿管通过蠕动运送尿液，膀胱具有储尿与排尿双重功能，尿道括约肌受意识控制”。

2.实验探究·憋尿的代价（8分钟）

准备气球、水、细绳模拟膀胱。气球充水200毫升时，手感张力较小；充水400毫升时，气球壁绷紧；充水600毫升后持续束扎出口，模拟长时间憋尿。请学生触摸气球壁张力变化，并推测膀胱平滑肌持续过度牵拉的后遗症。学生畅所欲言：肌肉疲劳、失去弹性、尿液返流、肾积水。教师展示医学影像图：肾盂重度积水患者CT，肾皮质菲薄如纸。此时教室寂静，学生神情凝重。教师缓缓陈述：长期憋尿，损伤的不仅是膀胱，更会倒逼回肾脏，毁坏宝贵的肾单位。【非常重要·生命教育】

3.决策讨论·喝水的科学（7分钟）

提出争议性问题：“每天八杯水”是放之四海皆准的真理吗？学生分组查阅资料（教师提前印发饮水与健康科普文摘），归纳如下科学共识：

（1）肾单位滤过需足够水量冲刷，饮水过少易致尿液浓缩、结晶析出、肾结石风险升高。

（2）过量饮水超出肾脏最大稀释能力（每小时700-1000毫升），可能引起水中毒、低钠血症。

（3）尿液颜色是简易指标：柠檬黄正常，深黄提示补水不足，无色透明提示可能过量。

学生结合自身体育课出汗经历，设计“个人饮水健康卡”，包括运动前、运动中、运动后的补液策略。课后延伸为家庭健康宣讲微视频作业。

4.尖端链接·人工肾与再生医学（7分钟）

教师由尿毒症治疗过渡至前沿科技：人工肾的发展经历了血液透析仪、便携式透析器、可穿戴人工肾，再到科学家正在研究的生物人工肾（含肾小管上皮细胞）。播放麻省理工学院3D打印近端小管芯片的科研快报，激发学生对生物医学工程的向往。提问：如果未来人类需要移居火星，飞船中水资源极度有限，我们可以从尿液回收中获取饮用水吗？引出国际空间站尿液回收系统原理（蒸馏、过滤、化学反应），学生惊叹：尿液不是废物，是放错位置的资源。【跨学科·热点】

5.单元整合·绘制概念网络（10分钟）

以小组为单位，在1开白纸上绘制本单元“人体代谢废物处理系统”大概念图。核心词包括：肾单位、滤过、重吸收、分泌、尿液、输尿管、膀胱、尿道、大脑皮层、脊髓、抗利尿激素、醛固酮、稳态。教师提供十余个备用关联词如“调节”“运输”“反馈”等。各组将概念图陈列于教室两侧墙壁，举办“思维可视化博览会”，每组留一人驻守讲解，其余同学持便利贴参观学习，在他人作品上贴“学到了”笑脸贴纸。教师择机拍摄优秀作品，用于后续复习课资源。【重要·元认知】

七、板书设计

采用“全景系统图+核心机理框”双区布局。

左侧手绘泌尿系统整体轮廓，以彩色粉笔强调肾动脉（红色）、肾静脉（蓝色）、输尿管（黄色），下方板书：

肾（形成尿液）→输尿管（输送尿液）→膀胱（储存尿液）→尿道（排出尿液）

右侧为肾单位放大示意图，板书核心生理过程：

一、滤过

血液流经肾小球→除血细胞、大分子蛋白质外→滤入肾小囊→原尿

二、重吸收

原尿流经肾小管、集合管→全部葡萄糖、大部分水、部分无机盐→回血液

三、分泌

肾小管分泌氢离子、钾离子、药物等→进入尿液

下方红粉笔标注：【非常重要】两个作用、一条通道、无数肾单位、终身守护。

八、作业与拓展设计

（一）基础性作业（全体必做）

1.绘制尿形成与排出全路径概念图，要求包含结构名称与生理过程术语至少15个。【基础】

2.完成教材课后练习题第1、3、5题，家长签字确认独立完成。

（二）拓展性作业（分层选做）

A层（科学探究类）：设计一个简易实验，模拟肾小管重吸收葡萄糖的饱和现象。提示：可用不同浓度蔗糖溶液、透析袋、蒸馏水，检测袋外葡萄糖含量。撰写实验报告，含假设、步骤、数据记录及结论。

B层（社会调查类）：访谈社区医院肾内科或血液透析中心医护人员（经家长陪同），了解本地区肾衰竭主要病因构成，制作图文并茂的《肾脏健康卫士手册》，面向低年级学弟学妹宣讲。

C层（跨学科创意类）：以“尿液再生水与火星殖民”为背景，撰写一篇500字科幻微小说，须涉及肾单位工作原理或人工肾技术，科学内核需严谨。【热点·高阶】

九、教学评价设计

（一）形成性评价

1.课堂观察量表：教师手持移动终端，对各小组合作拼图、角色扮演投入度、病例分析发言质量进行即时星级评定（1-5星），重点关注学困生在模型操作中的参与频次。

2.概念图诊断：依据节点