初中生物学七年级下册《尿的形成与排出》教案

初中生物学七年级下册《尿的形成与排出》教案

一、设计理念与理论依据

本教学设计立足于生物学核心素养的培育，即生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。以“结构与功能观”、“物质与能量观”和“稳态与平衡观”为核心生命观念，贯穿教学始终。理论基础上，深度融合建构主义学习理论，强调学生在已有经验（如循环系统、消化系统知识）上主动建构新知识；运用概念转变教学策略，直面并转变学生关于“尿是废物，无用且肮脏”的前科学概念；借鉴5E教学模式（参与、探究、解释、迁移、评价），设计连贯的、探究驱动的学习序列。同时，本设计秉持跨学科整合理念，适度融入物理学（如渗透压、滤过动力）、化学（物质浓度、物质分类）及工程学（人工肾原理）视角，引导学生理解肾脏作为精密“调节器”和“清洁工厂”的本质，从而超越对事实性知识的记忆，达成深度学习。

二、教材分析与内容定位

本节内容选自人教版初中生物学七年级下册第四单元《生物圈中的人》第五章《人体内废物的排出》。在本单元中，学生已学习了人体的营养（消化系统）、呼吸（呼吸系统）、物质运输（循环系统），本节是理解人体新陈代谢终末环节的关键章节，是人体作为一个开放系统维持内环境稳态的核心体现。

从知识脉络看，本节上承“血液循环”（特别是肾动脉和肾静脉），下启“神经与激素调节”（如抗利尿激素对水重吸收的调节），是连接人体新陈代谢与调节机制的枢纽。教材通过“肾单位的结构”、“尿的形成过程”和“尿的排出及其意义”三部分展开。传统教学难点在于肾单位微观结构的抽象性，以及滤过、重吸收、分泌等动态生理过程的不可见性。

本设计的优化在于：将“尿的形成”这一核心生理过程，置于“维持内环境稳态”这一更高的概念框架下进行审视，并突出其与循环系统的实时、紧密联动，强调肾脏的选择性重吸收所体现的“节能”与“精准调控”的生物学智慧。

三、学情分析

认知基础：

七年级下学期学生已具备人体几大系统的初步知识。他们了解血液循环的路径、血液的成分，知道人体需要排出废物。但对于“废物如何从血液中精准分离”、“肾脏如何工作”知之甚少。学生具备一定的显微镜操作技能和读图能力。

前概念与迷思概念：

1.来源迷思：许多学生认为尿直接来源于喝下去的水，或膀胱产生的。

2.性质迷思：认为尿是纯粹的“废物”和“毒素”，对其成分（水、无机盐、尿素等）及含量的相对稳定性无概念。

3.过程迷思：难以想象血液在肾脏中经历了复杂的“加工”，普遍认为是一个简单的“过滤”过程，如同筛子筛沙子。

4.结构迷思：对肾单位、肾小球、肾小管等微观结构缺乏空间想象，难以建立结构与功能的联系。

心理与能力特点：

该年龄段学生好奇心强，对与自身身体相关的知识兴趣浓厚，喜欢动手和可视化学习。抽象逻辑思维正在发展，但仍需具体形象和模型支持。小组合作与表达意愿较强。

四、教学目标

（一）核心素养目标

1.生命观念：

1.2.结构与功能观：通过模型构建与动画分析，阐明肾单位各组成部分（肾小球、肾小囊、肾小管、毛细血管网）的结构特点与其在滤过、重吸收、分泌功能上的适应性。

2.3.物质与能量观：分析尿形成过程中，伴随物质（水、葡萄糖、无机盐、尿素等）的跨膜运输，理解肾脏在重新收有用物质、排出废物过程中对物质和能量的合理利用。

3.4.稳态与平衡观：阐释排尿在维持体内水、无机盐平衡及排出代谢废物中的核心作用，认同人体是一个通过各系统协调维持内部环境稳定的统一整体。

5.科学思维：

1.6.能够基于实验数据（如血浆、原尿、尿液成分对比表），运用比较、归纳、推理等方法，构建尿形成过程的逻辑模型。

2.7.能够针对“如果肾小球通透性增大”等假设情境，进行基于原理的预测和解释，发展批判性思维。

8.科学探究：

1.9.能够小组合作，设计并实施模拟肾小球滤过作用的简易实验，观察、记录并解释现象。

2.10.能够提出关于肾脏疾病或排尿异常的可探究性问题。

11.社会责任：

1.12.关注肾脏健康，认同定期体检、适量饮水、合理用药对保护泌尿系统的重要性。

2.13.了解人工肾（透析）的工作原理，体会科学技术对维护人类健康的贡献。

（二）知识与技能

1.描述泌尿系统的组成及各器官的功能。

2.概述肾单位的结构，识别肾小球、肾小囊、肾小管等关键结构。

3.阐明尿的形成过程，包括肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收、分泌作用。

4.描述尿的排出路径及意义。

5.学会分析血浆、原尿、尿液成分表，并据此解释生理过程。

（三）过程与方法

1.通过观察肾脏解剖模型、肾单位微观结构图或动画，提升空间想象与信息提取能力。

2.通过“成分对比分析”和“模拟滤过实验”，体验从现象到本质的科学探究过程。

3.通过小组合作构建动态概念模型，提升合作学习与模型建构能力。

（四）情感态度与价值观

1.激发探索人体奥秘的兴趣，体验生命系统精妙设计的和谐之美。

2.形成关爱身体、珍视健康的生命态度，养成良好的生活习惯。

3.初步形成辩证看待“废物”的视角，理解排泄是生命活动不可或缺的组成部分。

五、教学重难点

1.教学重点：

1.2.肾单位的结构。

2.3.尿的形成过程（肾小球的滤过作用，肾小管的重吸收和分泌作用）。

4.教学难点：

1.5.肾单位微观结构的空间构想及其与功能的适应关系。

2.6.动态理解尿形成过程中物质成分的连续变化（从血浆→原尿→终尿）。

7.突破策略：

1.8.针对难点一：采用“宏观-微观”递进策略。先观察猪肾实物或高保真模型，建立整体认知；再利用3D交互式动画、分层解剖图，将肾单位从肾脏中“剥离”并放大展示；最后组织学生用不同材料（如黏土、塑料管、纱网等）动手制作肾单位物理模型。

2.9.针对难点二：采用“数据驱动”和“模拟实验”策略。提供经典成分对比表，引导学生“破案”——是什么过程导致了成分的改变？设计“模拟肾小球滤过”实验（如用特定膜过滤模拟血液的液体），直观感受大小分子的分离。利用流程图软件，让学生小组合作，拖动不同物质成分的图标，动态演示其在肾小球和肾小管处的“去留”，构建过程性认知模型。

六、教学资源与媒体

1.实物与模型：哺乳动物（猪）肾脏解剖标本、泌尿系统整体模型、肾单位放大模型。

2.实验材料：半透膜装置、注射器、烧杯、漏斗、滤纸、淀粉液（大分子）、葡萄糖溶液（小分子）、碘液等。

3.信息技术：

1.4.交互式3D动画：可多角度旋转、缩放的肾单位及尿形成过程动画。

2.5.微观仿真视频：肾小球毛细血管内血液流动与滤过过程的显微仿真。

3.6.虚拟实验平台：允许学生调整血压、血浆浓度等参数，观察对原尿生成量影响的模拟软件。

4.7.互动反馈系统：用于课堂实时测评与反馈。

8.文本与图表：精心设计的学案、血浆/原尿/尿液成分对比表、概念图模板。

9.社会资源：肾脏科医生访谈视频（讲解常见肾病与保养）、人工肾（血液透析机）工作原理科普短片。

七、课时安排

共2课时。

1.第一课时：泌尿系统组成与肾单位结构、肾小球的滤过作用。

2.第二课时：肾小管的重吸收与分泌作用、尿的排出与意义、健康拓展。

八、教学实施过程

第一课时

环节一：创设情境，问题驱动——聚焦“稳态卫士”（约10分钟）

1.情境导入：

播放一段精心剪辑的短片：宇航员在空间站，他们的饮用水从哪里来？画面切换，引出“水循环利用系统”中包含对尿液的净化处理。旁白：“人体自身就拥有一套高效、精密的‘水处理与环保系统’，它时刻不停地工作，维持着我们内环境的清洁与稳定。这就是我们的泌尿系统。”

2.问题链驱动：

1.Q1：我们每天都会排尿。尿从哪里来？（直指核心，暴露前概念）

2.Q2：血液流经肾脏，出来后就“干净”了，废物变成了尿。这个“变”的过程，是在肾脏的什么地方、如何发生的？（提出核心探究问题）

3.Q3：为什么我们排出的尿不会含有葡萄糖、蛋白质这些有用的物质？（引发对过程选择性的思考）

设计意图：从高科技情境切入，激发兴趣与自豪感。通过问题链，将学生的思维从生活现象引向生理本质，明确本课核心任务——解密肾脏这座“高级净水厂”的工作原理。第一个问题用于诊断前概念，第二个问题是本课总任务，第三个问题为下一课时重吸收作用埋下伏笔。

环节二：宏观初探，建立框架——认识“系统组成”（约10分钟）

活动1：拼图与定位

学生以小组为单位，观察泌尿系统模型或完整解剖图，完成学案任务：

1.将肾、输尿管、膀胱、尿道等器官名称标签贴到模型相应位置。

2.用红色和蓝色箭头标出血液进入和离开肾脏的主要血管（联系旧知：肾动脉、肾静脉）。

3.描述尿液从产生到排出的路径。

教师巡视指导，随后请小组代表利用交互白板进行演示讲解。教师强调：肾脏是形成尿液的器官，其他为储存和排出器官。

活动2：观察实物，感受真实

分发猪肾矢状切面标本或高保真模型，引导学生观察：

1.外形像什么？（蚕豆）触摸表面（光滑有薄膜）。

2.切面看，外侧颜色深的部分是皮质，内侧颜色浅有条纹的部分是髓质，中间的空腔是肾盂。

3.推测尿液最初在哪个部位形成？（皮质，因其血管丰富）

设计意图：从系统到器官，建立整体空间认知。实物观察将课本图片立体化、真实化，调动多感官学习，为微观学习奠定基础。

环节三：微观解密，建构模型——走进“功能单元”（约25分钟）

过渡：皮质中有上百万个微小的“净水单元”，它们才是工作的核心，这就是肾单位。

活动3：虚拟漫游肾单位

学生佩戴VR设备或在平板电脑上操作交互式3D肾单位模型，完成探索任务清单：

1.找到肾单位的“起始端”——肾小球（一团毛细血管球）。放大观察其血管壁结构特点（很薄，有孔隙）。

2.追踪包裹肾小球的“口袋”——肾小囊（壁分内、外两层，内层紧贴毛细血管）。

3.跟随肾小囊延伸出的“长管”——肾小管，观察其蜿蜒曲折的路径（分为近端小管、髓袢、远端小管），注意其周围缠绕着丰富的毛细血管网。

4.最后，尿液汇入集合管。

活动4：动手建模，深化理解

小组合作，利用提供的材料（红色毛线代表毛细血管，透明塑料袋代表肾小囊，软管代表肾小管，蓝色毛线代表出球小动脉后的毛细血管网等），制作一个立体肾单位模型。要求标出关键结构名称，并能向别组介绍其结构特点。

教师选取有代表性的模型进行展示和点评，强调关键适应特征：

1.肾小球毛细血管壁薄、孔径小：利于滤过，但阻挡血细胞和大分子蛋白质。

2.肾小囊内层细胞有足突，形成裂隙膜：增加滤过面积，精细控制滤过。

3.肾小管长且弯曲，外绕丰富毛细血管：为充分重吸收和分泌提供结构和物质交换保障。

设计理念阐释：此环节是本课时突破结构难点的核心。VR/3D交互技术解决了微观结构不可见的难题，赋予学生自主探索的主动权。后续的物理模型构建，是“做中学”的体现，将虚拟认知转化为具身认知，通过动手操作内化对复杂空间结构的理解，并自然引出对功能适应的思考。

环节四：聚焦过程，实验探究——揭秘“初级加工”（约35分钟）

过渡：结构是为功能服务的。现在，让我们看看血液在肾小球这里发生了什么。

活动5：数据分析——发现“原尿”

呈现经典数据表（100mL血浆、原尿、终尿中主要成分含量对比）。引导学生聚焦“血浆”和“原尿”两列：

1.比较：哪些成分在血浆和原尿中含量几乎不变？（水、无机盐、尿素、葡萄糖等小分子）

2.发现：哪些成分在原尿中消失了或极少？（血细胞、蛋白质等大分子）

3.推理：肾小球像是一个什么样的“筛子”？它筛选物质的依据是什么？（分子大小）这个过程我们称为肾小球的滤过作用。形成的滤液称为原尿。

活动6：模拟实验——体验“滤过”

【实验名称】模拟肾小球的滤过作用

【材料】内层为半透膜（模拟肾小球毛细血管壁和肾小囊内壁）、外层为普通滤纸的双层漏斗装置，注射器，烧杯。A液（含淀粉和葡萄糖的混合液，模拟血浆），碘液，班氏试剂。

【步骤与观察】

1.将A液注入双层漏斗内层。

2.观察滤出液（模拟原尿）的颜色、性状。

3.分别用碘液和班氏试剂检测A液和滤出液中的淀粉和葡萄糖。

【现象与分析】

4.滤出液澄清，A液可能浑浊（若淀粉不溶）。

5.A液中加碘液变蓝（有淀粉），滤出液中加碘液不变蓝（无淀粉）。

6.A液和滤出液中加入班氏试剂并加热，均出现砖红色沉淀（均有葡萄糖）。

【结论】半透膜（模拟滤过膜）允许小分子物质（如葡萄糖）通过，而阻止大分子物质（如淀粉）通过。这模拟了肾小球将血细胞和大分子蛋白质留在血液中，而将水、无机盐、葡萄糖、尿素等小分子物质滤出到肾小囊中形成原尿的过程。

活动7：动态演示，量化认知

播放肾小球滤过过程的显微仿真视频，重点展示：

1.血液在毛细血管球中的流动。

2.血压作为滤过的动力。

3.小分子物质穿过多层滤过膜（有孔内皮、基膜、裂孔膜）进入肾小囊腔的动态过程。

随后，引导学生使用虚拟实验平台，尝试调整“血压”滑块，观察对“原尿生成速度”的影响，理解血压是滤过的直接动力。

设计意图：从数据推理到实验验证，再到动画深化和模拟互动，形成探究闭环。数据分析训练科学思维；模拟实验将抽象过程具体化、可视化，极具说服力；虚拟仿真和参数调整则将过程动态化、量化，帮助学生理解其中的物理原理（动力与阻力），体现跨学科融合。

环节五：课时小结与形成性评价（约10分钟）

1.概念图建构（小组竞赛）：提供核心概念卡片（如：血液、肾小球、滤过作用、原尿、血细胞、蛋白质、水、无机盐、葡萄糖、尿素等）。要求小组在白板上构建第一课时关于“尿的形成（第一步）”的概念图。教师点评，澄清误解。

2.快速问答（利用互动反馈系统）：

1.3.形成原尿的部位是？（肾小球/肾小囊）

2.4.原尿与血浆相比，不含？（血细胞和大分子蛋白质）

3.5.肾小球滤过的动力主要来自于？（心脏收缩产生的血压）

6.布置课后思考与任务：

1.7.【思考】原尿中仍然含有对人体有用的物质，如大量的水、全部的葡萄糖、部分无机盐。如果它们都随尿液排出，会怎样？人体是如何解决这个问题的？（为下节课铺垫）

2.8.【任务】查阅资料：一个健康成年人每天形成的原尿约有180升，而最终排出的尿液只有约1.5升。这巨大的差距说明了什么？

第二课时

环节一：温故知新，承上启下——从“原尿”到“终尿”的设问（约5分钟）

1.回顾上节课概念图，强调原尿的成分和来源。

2.直接抛出课后思考题的数据冲突：180L原尿vs1.5L终尿。引导学生惊呼差距巨大。

3.提出问题：那178.5升的原尿以及其中的有用物质去哪了？必然是肾小管进行了“深度加工”！这就是我们今天要探究的。

设计意图：利用震撼数据制造认知冲突，瞬间激发探究欲，明确本课时核心任务——解密肾小管的重吸收与分泌作用。

环节二：数据分析，推理探究——揭秘“精细再加工”（约20分钟）

活动1：再探数据表——追踪物质去向

再次聚焦数据表，这次对比“原尿”和“终尿（尿液）”两列：

1.“消失”的物质：

1.2.葡萄糖：原尿中有（0.1g），终尿中为0。去哪了？（被重新吸收回血液）

2.3.大部分水、部分无机盐：含量浓度大幅变化，总量减少。去哪了？（被重新吸收回血液）

4.“浓缩”的物质：

1.5.尿素、尿酸等：浓度显著增加。为什么？（水被重吸收后，这些废物被浓缩；此外，肾小管还可能主动分泌一部分进来）。

6.新出现的物质：

1.7.某些药物、毒素（如青霉素）、过多的H+、K+等。从哪里来？（肾小管上皮细胞从周围毛细血管血液中主动转运而来，即分泌作用）。

引导学生总结肾小管的三大功能：重吸收作用（吸收有用物质）、分泌作用（排出额外废物）、浓缩作用（通过重吸收水）。

活动2：模拟重吸收的“选择性”

【情景模拟】教师扮演“血液运输车”（携带各种物质），几名学生手拉手围成“肾小管”，其中特定几位学生手臂上贴有“葡萄糖转运蛋白”、“水通道蛋白”、“钠钾泵”等标签。

1.第一步：“原尿”（由部分学生扮演水分子、葡萄糖、钠离子、尿素等）流经“肾小管”。

2.第二步：贴有特定标签的“肾小管细胞”主动将葡萄糖、钠离子“抓回”（重吸收），水分子随之被动“跟回”。

3.第三步：“尿素”大部分没被抓住，继续向前，同时“肾小管细胞”还可能把几个代表“额外废物”的学生推入尿液中（分泌）。

4.第四步：最终，流出“肾小管”的“尿液”中，主要是水、高浓度的尿素、尿酸、部分无机盐及分泌的物质。

通过此角色扮演，生动展示重吸收的选择性、主动性（消耗能量）和伴随物质转运的联动性。

设计理念阐释：本环节是突破过程难点的关键。从定量数据出发进行科学推理，是生物学研究的基本方法。角色扮演则将抽象、复杂的主动运输、协同转运等微观机制，转化为可见、可感的戏剧化场景，极大降低了理解难度，且课堂趣味性十足，记忆深刻。

环节三：整合贯通，动态建模——全景呈现“尿的形成”（约20分钟）

活动3：小组协作，完成动态流程图

每个小组获得一张空白人体轮廓图（重点画出心脏、肾脏轮廓）、可反复粘贴的多种物质图标（红点-血细胞，蓝点-水，黄点-葡萄糖，灰点-尿素，白点-蛋白质，绿点-钠离子等）以及箭头标签。

任务：在图上动态演示一个水分子从入球小动脉进入，直到成为尿液排出体外的“旅程”。要求：

1.标出路径：肾动脉→入球小动脉→肾小球（滤过）→肾小囊（成为原尿成分）→肾小管（可能被重吸收回周围毛细血管，或继续前行）→集合管→肾盂→输尿管→膀胱→尿道。

2.通过移动物质图标，展示在肾小球处大分子被“拦住”，在肾小管处有用物质被“回收”、废物被“加入”的过程。

3.用不同颜色箭头标注“滤过”、“重吸收”、“分泌”过程。

完成后，各组派代表讲解。教师引导学生关注：尿液中的尿素分子，和最初进入肾脏的尿素分子，是同一个吗？（不一定，强调过程是动态的“池”的更新）。被重吸收的物质回到了哪里？（肾小管外毛细血管→肾静脉→体循环），再次建立与循环系统的紧密联系。

活动4：观看总结性高清动画

播放一段整合性动画，全景式、连贯地展示血液流经肾单位，经历滤过、重吸收、分泌，最终形成尿液的全过程。强化整体认知。

设计意图：此环节旨在将前两节课的所有知识点进行整合、串联和动态化。小组协作构建大图景，是将零散知识系统化的有效手段。最终的精美动画，是对学生自主构建模型的权威性确认和视觉升华，形成完整的认知图式。

环节四：联系生活，拓展意义——理解“排出与健康”（约20分钟）

活动5：尿的排出与调节

1.路径回顾：快速回顾泌尿系统其他器官的功能（输尿管-输送，膀胱-暂存，尿道-排出）。

2.反射活动：提问“为什么有尿意但可以暂时忍住？”引出排尿是受意识控制的反射活动。简要说明反射弧：膀胱充盈刺激→神经传导→脊髓（低级中枢）→上传至大脑皮层（产生尿意并控制）→下行指令→尿道括约肌放松，排尿。强调小儿遗尿和脊髓损伤患者失禁的原因。

3.意义讨论：引导学生从“物质平衡”和“环境稳定”两个角度总结排尿的意义：排出代谢废物（尿素、尿酸等）；调节体内水和无机盐的平衡；维持细胞生活环境（内环境）的稳定。

活动6：关爱肾脏，科技之光

1.健康卫士：小组讨论“哪些行为会伤害肾脏？”（不爱喝水、长期憋尿、高盐高糖饮食、滥用药物等）和“如何保护肾脏？”（适量饮水、及时排尿、低盐饮食、慎用药物、定期尿检等）。分享后，播放肾脏科医生的保健建议短视频。

2.人工肾脏：播放血液透析（人工肾）工作原理短片。引导学生思考：透析机模拟了肾脏的哪些功能？（滤过、扩散，部分替代滤过和交换功能）但缺少了什么核心功能？（重吸收的选择性和调节性）从而体会肾脏无可替代的精妙与复杂，感受科技对生命的守护。

3.社会责任：简介器官捐献的意义，引导学生形成科学、人文的生命观。

设计意图：将生物学知识回归生活实际，落实社会责任素养。从生理机制到行为指导，从疾病到科技救济，层层递进，培养学生健康生活的态度和对科学的敬仰，实现学科的育人价值。

环节五：总结评价，迁移应用（约15分钟）

1.单元概念总建构：师生共同完善一幅涵盖消化、呼吸、循环、排泄四大系统的“人体物质能量流与废物排出”超级概念图。突出排泄作为新陈代谢终点的地位，强调各系统协同维持稳态。

2.综合性评价练习：

1.3.情境分析：医生在检查某病人的尿液时，发现了红细胞和蛋白质。请推测可能是肾单位的哪个结构出现了问题？为什么？

2.4.数据解读：给出某糖尿病患者和健康人的血糖、尿糖数据，分析糖尿病患者出现“糖尿”的可能原因。（肾小管重吸收能力有限，当血糖浓度过高，滤出的葡萄糖超过重吸收能力）

3.5.开放辩论：“多喝水对肾脏是负担还是保护？”请用本节课知识阐述你的观点。

6.创意作业（二选一）：

1.7.制作宣传册：为社区设计一份题为“关爱你的‘生命过滤器’”的肾脏健康科普宣传页。

2.8.撰写科学短文：假如你是一个红细胞，请以第一人称描述你随血液经过肾脏时，你看到的和你“同伴”（血浆成分）的遭遇。题目自拟。

设计意图：总结提升至大单元概念，构建知识网络。评价练习注重应用和迁移，检验高阶思维能力。创意作业提供选择，兼顾不同兴趣，鼓励创造性表达和科学传播，将学习延伸到课外。

九、板书设计（两课时联动）

主标题：尿的形成与排出——人体内部的“环保卫士”

第一课时板书（左侧）：

一、泌尿系统

肾（产生）→输尿管（输送）→膀胱（储存）→尿道（排出）

二、肾脏——核心

宏观：皮质（产尿）、髓质、肾盂

微观：肾单位（上百万个）

三、肾单位结构

肾小球（毛细血管球）→滤过→肾小囊（双层壁）→收集原尿

↓

肾小管（长而曲）

↓

集合管

周围：丰