初中生物学七年级下册“人体废物的排出-泌尿系统的精密结构与功能”单元教学设计

初中生物学七年级下册“人体废物的排出——泌尿系统的精密结构与功能”单元教学设计

  一、课标依据与核心素养解读

  本节课的设计严格依据《义务教育生物学课程标准（2022年版）》中“人体生理与健康”主题下的重要概念“泌尿系统包括肾脏、输尿管、膀胱和尿道等器官，其功能是排除废物和多余水分，维持机体内环境稳定”。课程内容要求为“描述泌尿系统的组成和功能；说明尿液的形成和排出过程；形成健康生活的意识”。在此基础上，本教学设计旨在深度发展学生的核心素养：生命观念层面，建构“结构与功能相适应”、“稳态与平衡”的生物学基本观点；科学思维层面，通过模型建构、推理分析，培养归纳概括、演绎推理和批判性思维能力；探究实践层面，通过模拟实验、资料分析、模型制作等活动，提升科学探究和动手实践能力；态度责任层面，引导学生关注肾脏健康，养成科学饮水、合理膳食的良好生活习惯，增强社会责任感。

  二、教材分析与内容整合

  本课所依据的冀少版教材七年级下册第四章“人体内废物的排出”，内容编排上遵循了从宏观到微观、从结构到功能的认知规律。教材首先通过“探究竟·实验”观察尿液，引发学生对废物来源的思考，继而系统介绍泌尿系统的组成和各部分功能，重点阐述肾脏的结构以及尿液形成的基本过程。然而，教材的阐述相对基础，对于肾单位微观结构的动态功能联系、泌尿系统与循环系统、神经系统的高度协同，以及现代生活中的相关健康问题涉及有限。因此，本教学设计在忠实于教材主干知识的基础上，进行了深度拓展与跨学科整合：融合物理学中的“滤过”与“重吸收”压力原理、化学中的物质扩散与主动运输概念、医学健康中的常见肾脏疾病预防知识，并引入前沿科技如人工肾、透析原理的简要介绍，构建一个立体、动态、联系实际的深度学习体系。将单一课时内容扩展为具有探究深度和广度的单元教学，旨在引导学生不仅“知其然”，更“知其所以然”及“如何应用”。

  三、学情分析

  教学对象为七年级下学期学生。在知识基础上，学生已经学习了消化系统、呼吸系统、循环系统的组成与功能，理解了营养物质、氧气的摄取、运输和利用，并对代谢废物的产生有了初步认识，这为学习废物的排出奠定了逻辑基础。学生已具备显微镜使用、图表分析等基本实验技能。在认知心理上，该年龄段学生抽象逻辑思维开始占主导，但仍需具体形象材料支持；好奇心强，对自身身体结构与生命现象有浓厚的探究兴趣，尤其对与健康密切相关的内容敏感；具备初步的小组合作与交流能力，但系统性科学探究的严谨性和深度有待引导。潜在学习难点在于：肾单位的微观结构及其与功能的高度适配性理解；尿液形成过程中肾小球滤过和肾小管重吸收、分泌作用的动态、连续且精密的生理过程抽象难懂；如何将各器官系统视为一个整体，理解泌尿系统在维持内环境稳态中的核心作用。本设计将通过多层次模型、动态模拟软件、真实病例分析等策略化解这些难点。

  四、单元学习目标

  基于以上分析，设定如下单元学习目标：

  1.知识与技能目标：能准确说出人体泌尿系统的组成器官，并描述其各自的主要功能；能够对照模型或示意图，指认肾脏的皮质、髓质、肾盂等宏观结构以及肾单位的微观结构组成（肾小球、肾小囊、肾小管）；能结合循环系统知识，概述尿液形成的两个基本阶段——肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用，并能解释血液、原尿、终尿在成分上的差异及其原因；能描述尿液的贮存与排出过程，并解释该过程是如何受神经系统调节的。

  2.过程与方法目标：通过解剖观察猪或羊的肾脏实物或高仿真模型，提升观察、比较和归纳能力；通过小组合作，利用简易材料（如滤网、不同直径的管道、选择性膜材料等）制作肾单位功能动态演示模型，体验模型建构的科学方法，加深对结构与功能关系的理解；通过分析临床尿常规化验单数据，结合模拟实验“探究不同液体对滤过的影响”，发展基于证据进行科学推理和解决问题的能力。

  3.情感态度与价值观目标：通过对泌尿系统精密结构与高效功能的学习，感受生命体的精妙与和谐，认同“结构与功能相适应”的生命观念；通过探讨饮水习惯、饮食习惯与肾脏健康的关系，以及了解慢性肾病对生活的巨大影响，树立主动维护泌尿系统健康的意识，养成科学饮水的良好习惯；通过了解血液透析、人工肾等现代医疗技术，体会科学技术在保障人类健康方面的巨大价值，激发对生命科学前沿领域的兴趣和责任感。

  五、教学重点与难点

  教学重点：泌尿系统的组成及各部分功能；肾脏及肾单位的结构；尿液形成的基本过程（肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用）。

  教学难点：肾单位微观结构与尿液形成动态过程的抽象理解；肾小球滤过作用与肾小管重吸收作用的选择性差异及其生理意义；泌尿系统在维持内环境（水、无机盐、尿素等平衡）稳态中的核心作用。

  六、教学策略与方法

  为达成深度学习目标，突破重难点，本设计采用多元融合的教学策略与方法：情境教学法，以“人体内部的‘净水工厂’如何高效运行并维护环境稳定”为核心大情境贯穿始终。探究式学习，设置环环相扣的探究任务链，如“探寻废物运输线”、“解密核心‘滤清器’”、“模拟‘过滤-回收’流水线”、“守护我们的‘净水工厂’”。合作学习，在模型制作、病例分析等环节进行小组分工协作。直观演示法，综合利用高清晰度3D解剖动画、VR肾脏内部漫游视频、实物解剖观察、动态物理模型演示等手段，将微观、抽象的过程宏观化、具体化。问题驱动法，设计具有梯度和挑战性的问题串，引导学生思维层层深入。跨学科联系，有机渗透物理的压力与过滤、化学的扩散与浓度、医学的健康管理等知识。

  七、教学资源与环境准备

  1.数字资源：自制或引用的高质量3D动画“尿液形成全过程”；VR虚拟现实软件“肾脏内部结构探秘”；交互式白板课件，内含可拖拽组装的肾单位结构图、尿液成分对比动态图表；临床尿常规化验单（匿名）案例库。

  2.实物与模型：新鲜猪肾解剖标本（或高仿真硅胶模型）及解剖器械（每组一套）；肾脏冠状切面放大模型；学生自制肾单位功能模型材料包（包括不同孔径的滤网、半透膜、软管、漏斗、烧杯、有色溶液代表血液、小分子溶液代表有用物质等）。

  3.实验器材：“模拟肾小球滤过装置”（注射器代表入球小动脉压力，特制滤膜代表滤过屏障，收集器代表肾小囊）。

  4.学习环境：配备交互式智能白板和多屏显示系统的生物创新实验室；桌椅按小组合作式布局；设置“生命稳态探索”主题文化墙，展示相关科学史、健康知识。

  八、教学过程设计（共三课时）

  本单元教学计划用时三课时，具体实施过程如下。

  第一课时：初探排水网络——泌尿系统的宏观架构与功能

  课时核心任务：构建泌尿系统组成与功能的整体认知，聚焦肾脏核心地位。

  环节一：创设情境，问题导入——身体的“废物”去哪儿了？（预计用时：8分钟）

  教师活动：播放一段快节奏的都市生活视频，画面中人们饮水、进食、运动、流汗。视频戛然而止，提出问题：“我们每天摄入水、食物，身体利用后产生的多余水分和代谢废物（如尿素、二氧化碳等），必须及时排出，否则会‘毒害’自身。呼吸系统排出了二氧化碳，还有大量以尿素为主的其他废物，主要通过哪个系统排出？它就像一个24小时不停工的‘净水工厂’和‘污水处理厂’，这个工厂由哪些‘部门’组成？又是如何工作的？”引导学生回顾已学的循环系统，思考血液中废物的去向。

  学生活动：观看视频，联系已有知识进行思考并初步讨论。明确二氧化碳通过呼吸系统排出，而尿素、多余水分等需要通过另外的系统排出，从而聚焦到泌尿系统。产生探究泌尿系统具体组成的兴趣。

  设计意图：从学生熟悉的生活场景和已有知识出发，创设真实问题情境，引发认知冲突，激发探究欲望，明确本单元学习的大主题。

  环节二：合作探究，构建系统——绘制“人体净水工厂”布局图（预计用时：20分钟）

  教师活动：不直接告知组成，而是提供一组学习素材包：1）人体半身模型（可拆卸）；2）标注了主要血管和泌尿器官位置但未标名称的示意图；3）一组描述性卡片（如“形状像蚕豆，是产生尿液的部位”、“细长的管道，输送尿液”、“囊状结构，暂时贮存尿液”、“排出尿液的通道”）。布置任务：请各小组利用素材，合作探究，在示意图上标出泌尿系统的四个主要器官，并将描述卡片贴到对应位置，为你们的“净水工厂”命名并简述其功能。

  学生活动：小组合作，观察模型，阅读卡片，通过讨论和推理，尝试在示意图上完成标注和匹配。期间可能会对肾脏的具体位置、输尿管与尿道的区别产生争论，教师巡视指导。

  教师活动：邀请1-2个小组展示并讲解他们的“布局图”。随后，利用交互式白板展示高清人体泌尿系统3D解剖图，动态演示从肾脏到尿道出口的完整路径，进行权威性总结与修正。强调：①泌尿系统由肾脏（产生尿液）、输尿管（输送尿液）、膀胱（贮存尿液）、尿道（排出尿液）组成；②肾脏位于腹腔后壁、脊柱两侧，是核心器官；③整个系统是一个连续的管道系统。

  学生活动：对照权威图示，修正和完善自己的布局图，并完成学案第一部分：填写泌尿系统组成器官名称及主要功能表。

  设计意图：变被动接受为主动建构，通过拼图式任务驱动学生观察、推理和合作，深刻记忆各器官的名称、位置和基础功能，建立系统整体观。

  环节三：聚焦核心，实物感知——解剖观察肾脏（预计用时：12分钟）

  教师活动：引出核心问题：“‘净水工厂’的核心车间就是肾脏。它究竟有何特殊结构，能承担如此重要的生产任务？”分发猪肾实物或高仿真模型及解剖器械（镊子、解剖盘等），提出观察任务：1.观察肾脏外形（颜色、形状、触感），用手触摸其内侧凹陷处（肾门）；2.沿冠状面小心纵剖肾脏，观察内部结构，识别颜色较深的外周部分（皮质）和颜色较浅的放射状条纹内部（髓质），以及中央的空腔（肾盂）。提示学生注意肾盂与输尿管的连接。

  学生活动：以小组为单位，进行实物观察与解剖。记录观察到的现象，尝试绘制肾脏冠状切面简图，并标注皮质、髓质、肾盂。感受肾脏的实质性器官质地。

  教师活动：利用实物投影展示典型肾脏剖面，结合肾脏冠状切面放大模型，讲解皮质和髓质是产生尿液的实质部位，肾盂是收集尿液并导入输尿管的“集水槽”。引导学生思考：尿液是在皮髓质中如何产生的？这需要进入更微观的世界。布置课后思考：查阅资料，了解肾脏的基本功能单位是什么。

  设计意图：通过亲手解剖和观察，将书本上的平面图转化为立体的、真实的器官认知，极大地增强了直观体验和学习兴趣，并为下一课时学习微观的肾单位结构埋下伏笔。

  第二课时：解密滤清单元——肾单位的微观巧构与尿液形成机制

  课时核心任务：深入理解肾单位的结构，初步建构尿液形成的滤过与重吸收概念模型。

  环节一：承上启下，进入微观——从“车间”到“生产线”（预计用时：5分钟）

  教师活动：简要回顾上节课内容，展示肾脏剖面图。提出问题：“皮质和髓质这数百万个微小的‘生产单元’共同工作，才形成了尿液。这个基本的功能单位被称为‘肾单位’。一个肾脏约有100万个肾单位！它们是如何精巧排列，并高效完成‘净水’任务的？”播放一段45秒的微观动画，展示血液流入肾脏，进入无数肾小球的壮观景象。

  学生活动：观看动画，对肾单位的数量级和微观结构产生宏观印象，明确本节课的探究焦点。

  设计意图：建立宏观与微观的联系，利用视觉冲击激发学生对微观结构的好奇心。

  环节二：模型拆解，厘清结构——搭建肾单位立体模型（预计用时：18分钟）

  教师活动：提供肾单位结构示意图和3D可旋转电子模型。布置小组任务：将肾单位比作一条“U”形精密生产线，请根据资料，识别并说出这条生产线的各个“工段”：起始端是入球小动脉分支形成的毛细血管团（肾小球），包裹它的“杯状”结构是肾小囊，接着是漫长而曲折的肾小管（包括近端小管、髓袢、远端小管），最后汇入集合管。强调肾小囊腔与肾小管腔是相通的，形成原尿流经的管道。

  学生活动：小组合作，利用提供的彩色橡皮泥、细铁丝、不同直径的软管等材料，尝试制作一个肾单位的物理空间模型。在制作过程中，必须厘清：肾小球（血管球）与肾小囊（包裹球）的关系；肾小管的走向（深入髓质又返回皮质）；出球小动脉离开肾小球后，再次形成毛细血管网包绕在肾小管周围。

  教师活动：巡视指导，针对普遍存在的空间关系错误进行点拨。随后，利用交互式白板软件，邀请学生上台拖拽组装肾单位各部件，并讲解其连接关系。最后播放权威3D动画，清晰展示一个肾单位完整的立体结构及其与周围血管的缠绕关系。

  学生活动：对照动画，修正和完善自己的实物模型，并在学案上绘制肾单位结构模式图，进行标注。

  设计意图：通过动手建模这一极具挑战性的任务，迫使学生深入分析结构间的空间毗邻关系，这是理解后续功能的基础。模型建构的过程即是思维外显化和深刻化的过程。

  环节三：原理初探，模拟滤过——肾小球如何“初筛”（预计用时：12分钟）

  教师活动：提出核心过程性问题：“血液流经肾小球时，发生了什么？为什么只有部分物质能进入肾小囊形成‘原尿’？”介绍“滤过”概念。演示“模拟肾小球滤过装置”：用注射器推注（模拟入球小动脉血压）混合液体（含红色大颗粒塑料珠模拟血细胞、绿色小分子染料模拟葡萄糖、无机盐、尿素等），经过特定孔径的滤膜（模拟滤过屏障：毛细血管壁、肾小囊内壁），观察滤出液（模拟原尿）的成分。

  学生活动：观察演示实验，描述现象：滤出液中只有绿色溶液和小分子物质，红色大颗粒被截留。分析并得出结论：肾小球的滤过作用像一个“筛子”，在血压驱动下，血液中的小分子物质（水、无机盐、葡萄糖、尿素等）可滤过到肾小囊中形成原尿，而血细胞和大分子蛋白质不能被滤过，留在血液中。

  教师活动：引导学生阅读教材或资料，明确滤过的动力是肾小球毛细血管内较高的血压，滤过的结构基础是具有选择性的滤过屏障。提出问题链：原尿的成分和血液相比有何不同？和最终排出的尿液相比呢？这暗示着后续工段还发生了什么？

  学生活动：比较分析，发现原尿不含血细胞和蛋白质，但含有葡萄糖；而终尿不含葡萄糖。推测在肾小管处，有用的物质如葡萄糖被“回收”了。

  设计意图：通过直观的物理模拟实验，将抽象的滤过原理具体化，帮助学生理解滤过的选择性和动力来源，并为引出重吸收过程做好铺垫。

  环节四：概念对比，思维进阶——辨析血液、原尿、终尿（预计用时：5分钟）

  教师活动：呈现一份成分对比表（虚拟数据），列出血液、原尿、终尿中水、蛋白质、葡萄糖、尿素、无机盐的典型含量。指导学生分析数据差异。

  学生活动：小组讨论，完成学案上的分析题：1.原尿与血浆相比，缺少什么成分？这说明肾小球滤过有什么特点？2.终尿与原尿相比，葡萄糖含量为0，尿素和无机盐浓度显著升高，水量大大减少，这说明了肾小管可能具有什么功能？

  设计意图：利用数据分析，引导学生基于证据进行推理，自主建构“重吸收”和“浓缩”的概念雏形，培养科学思维。

  第三课时：模拟动态平衡——尿液的精密加工与稳态维护

  课时核心任务：深入理解肾小管的重吸收和分泌作用，整体把握尿液形成过程，建立泌尿系统维持内环境稳态的观念，并应用于健康生活。

  环节一：动态演绎，理解加工——肾小管的“精选回收”与“主动排污”（预计用时：20分钟）

  教师活动：承接上节课结尾的问题，明确指出肾小管是对原尿进行“深加工”的关键部位，其主要功能是重吸收和分泌。播放高精度3D动态动画，详细展示：①重吸收：原尿流经肾小管时，约99%的水分、全部葡萄糖、大部分无机盐等对人体有用的物质，被肾小管上皮细胞重新吸收，重新进入包绕在肾小管外的毛细血管血液中。这个过程是主动的、选择性的、需要消耗能量。②分泌：肾小管上皮细胞还能将血液中的一些多余的物质（如氢离子、钾离子、某些药物等）主动分泌到肾小管液中。最终，剩余约1%的水分、多余的无机盐、尿素、尿酸等代谢终产物，以及分泌的物质，形成了终尿。

  学生活动：观看动画，结合教师讲解，在学案的概念图上用箭头和文字标注出肾小管处发生的物质转移方向（重吸收回血和分泌入管）。理解“重吸收”是回收有用物质，“分泌”是排出额外废物，两者共同精细化调节尿液成分。

  教师活动：引导学生总结尿液形成的两个核心步骤：肾小球的滤过（形成原尿）和肾小管的重吸收与分泌（形成终尿）。强调这是一个连续、动态、耗能的过程。通过流程图板演，梳理整个过程：血液→肾小球滤过→原尿→肾小管重吸收（水、葡萄糖等）+分泌（部分离子等）→终尿→收集管→肾盂→输尿管→膀胱→尿道→排出。

  学生活动：跟随教师板演，在笔记本上绘制尿液形成过程的流程图，并尝试用自己的语言向同桌简述整个过程。

  设计意图：利用最先进的动画技术，将不可见的、连续的、微观的生理过程可视化、动态化、步骤化，是突破本节课最大难点的关键。流程图有助于学生构建清晰的过程逻辑。

  环节二：模型验证，深化理解——制作动态功能演示模型（预计用时：15分钟）

  教师活动：分发“肾单位功能动态演示模型”材料包。要求各小组利用上节课的结构模型基础，增加功能演示部分：用不同颜色的液体代表血液、原尿、终尿；设计装置模拟滤过（如用注射器加压通过滤膜）；设计装置模拟重吸收（如用泵或吸管将代表葡萄糖的有色液体从“肾小管”模型中抽回到“毛细血管”模型中）。

  学生活动：小组合作，进行创意设计与制作。在制作和调试过程中，必须明确每个部分模拟的生理过程，并能用模型进行演示讲解。

  教师活动：组织“模型发布会”，邀请部分小组展示他们的动态模型，并解说尿液形成过程。评价重点在于模型是否能清晰体现滤过、重吸收等关键过程的选择性和方向性。

  设计意图：从静态结构模型升级到动态功能模型，是思维从形态学向生理学的飞跃。制作和演示过程是对前两课时所学知识的综合应用、创造性转化和深度内化。

  环节三：联系整体，感悟稳态——泌尿系统的调节与健康（预计用时：10分钟）

  教师活动：提出高阶问题：“泌尿系统并非孤立工作。当我们大量饮水时，尿量增多、颜色变淡；当我们剧烈运动或大量出汗时，尿量减少、颜色变深。这是如何实现的？这体现了什么生命观念？”引导学生联系神经系统和内分泌系统（如抗利尿激素）进行简要解释，核心是强调泌尿系统通过调节尿液的量和成分，精确维持体内水分、无机盐等物质的平衡，即维持内环境稳态。展示因肾脏功能衰竭导致内环境紊乱（如尿毒症）的严重后果图片或短视频。

  学生活动：讨论并理解泌尿系统在人体自我调节中的重要性，认同“稳态与平衡”的观念。观看资料，感受肾脏健康的至关重要性。

  教师活动：引申健康议题：“如何守护我们的‘净水工厂’？”组织学生讨论科学的饮水习惯（定时定量，避免长期憋尿）、合理的饮食习惯（低盐、避免滥用药物、警惕不明成分的保健品），以及定期体检（关注尿常规和肾功能指标）的重要性。

  学生活动：参与讨论，提出自己的健康生活建议，并完成学案上的“我的护肾行动计划”。

  设计意图：将知识学习升华到观念形成和责任培养。通过联系生活实际和现代医学，使学生深刻理解泌尿系统的生理意义，并转化为维护自身健康的实际行动，落实态度责任目标。

  环节四：评价与拓展（课堂总结与延伸）（预计用时：5分钟）

  教师活动：以概念图的形式，带领学生回顾本单元核心知识链：代谢废物→循环系统运输→肾脏（肾单位：滤过、重吸收、分泌）→尿液→排出→维持内环境稳态。布置分层作业：基础性作业：绘制泌尿系统组成及尿液形成过程的概念图。拓展性作业（二选一）：1.撰写一篇科普短文《一天中，我的肾脏做了什么？》；2.调研“血液透析”技术的原理，并与肾脏的正常功能进行比较，制作一份简易的说明海报。

  学生活动：跟随教师回顾，梳理知识体系。根据兴趣和能力选择作业。

  设计意图：系统总结，构建完整知识网络。分层作业满足不同学生需求，将学习从课堂延伸至课外，持续发展探究能力和社会责任感。

  九、学习评价设计

  本单元采用“过程性评价与终结性评价相结合”、“多元主体参与”的评价体系。

  1.过程性评价（占比60%）：

    课堂观察记录：教师记录学生在小组合作、模型制作、讨论发言中的参与度、协作能力、思维深度。

    探究任务单/学案完成情况：评价各环节学习任务的完成质量，包括观察记录、图表绘制、数据分析、推理结论等。

    模型作品评价：对肾单位