初中生物七年级下册《人体内废物的排出》大单元项目式教学设计

初中生物七年级下册《人体内废物的排出》大单元项目式教学设计

一、教学背景分析

（一）教材分析

本单元隶属人教版初中生物七年级下册第四单元“生物圈中的人”第五章。本章以“人体内代谢废物的排出”为核心大概念，上承呼吸系统对二氧化碳的排出、循环系统对营养物质的运输，下启内分泌系统对生命活动的调节，是构建“人体是一个统一的整体”这一生命观念的关键枢纽。教材内容编排呈现清晰的逻辑链：从宏观泌尿系统组成逐步聚焦到微观肾单位结构，再深入动态的尿液形成生理过程，最后拓展至皮肤等其他排泄途径。教材提供了“肾单位结构模式图”“尿形成过程示意图”两幅核心图解，以及“观察与思考”“资料分析”等高阶思维栏目。本节内容承载着【核心素养·科学探究】的实证思想，同时蕴含极为丰富的健康教育素材（如肾炎、尿毒症、透析）与社会责任议题（器官捐献、健康生活），在学科育人层面具有不可替代的深度价值。

（二）学情分析

七年级学生平均年龄13岁，处于皮亚杰形式运算阶段初期，具备初步的归纳推理能力，但对微观、连续、多变量的动态生理过程（如过滤与重吸收）存在显著认知门槛。前概念调研显示：约68%的学生认为“膀胱是产生尿液的器官”；52%的学生误将“排遗”等同于“排泄”；超过80%的学生无法准确区分血浆、原尿、尿液的成分差异。然而，学生普遍对自身健康高度敏感，对“尿常规检查”“尿毒症”“透析”等真实生活话题具有强烈好奇，这为创设“泌尿科医生”职业情境提供了绝佳的心理锚点。此外，学生已完成细胞结构、呼吸、循环等内容的学习，对“毛细血管物质交换”“血液成分”已有基础，为本单元构建“肾单位—血液循环”跨系统关联奠定了知识储备。

（三）课程理念与顶层设计逻辑

严格对标《义务教育生物学课程标准（2022年版）》，本设计摒弃碎片化知识点罗列，以“大概念统摄、大任务驱动、大情境浸润”为纲领，实施大单元整合教学。将原教材三节内容重组为三个递进式项目阶段：【阶段一】科室探秘——泌尿系统结构与肾单位模型建构；【阶段二】真相追踪——尿液形成过程的实验模拟与数据分析；【阶段三】医者仁心——排泄健康议题研讨与社会责任内化。单元总驱动任务为“见习泌尿科医生认证挑战”，最终产出物为一份《个体化泌尿系统健康评估建议书》。本设计深度融合跨学科理念：引入流体力学中的“筛分效应”阐释肾小球滤过，运用材料科学中的“半透膜”概念类比透析原理，植入工程学“建模—测试—优化”思维指导模型制作，使生物课堂呈现鲜明的STEM整合特征。

二、单元教学目标体系（四维进阶）

【生命观念】——通过比较肾单位不同区域血管与管壁结构的差异，准确阐释“结构与功能相适应”的观念，并能迁移解释肺泡、小肠绒毛等已学结构；通过分析排泄对细胞外液渗透压、pH值稳定的意义，初步建立内环境稳态与反馈调节的雏形认知。【非常重要】

【科学思维】——能够基于数据、图表证据，运用比较、分类、归纳、演绎等方法，独立构建“血浆—原尿—尿液”成分变化与生理过程的因果链；能够针对血尿、蛋白尿、糖尿等真实化验单信息，提出符合逻辑的归因假设并设计简易验证思路。【高频考点】【难点】

【探究实践】——熟练使用显微镜观察肾切片，准确指认肾小体、肾小管等显微结构；能够根据给定材料（超轻粘土、滤网、吸管、毛线）自主设计并制作肾单位及尿形成过程动态模型；能够规范操作模拟滤过实验，客观记录现象并基于证据修正模型。【核心素养·探究实践】

【态度责任】——从数据分析中自发认同“适量饮水、及时排尿、低盐饮食”对肾脏保护的科学依据；在器官捐献议题的思辨中表现出对生命的尊重与共情，能够有理有据表达个人立场，形成主动传播健康知识、关爱肾病患者的亲社会行为意向。【热点】【核心素养·社会责任】

三、单元教学支点剖析（重难点靶向）

【重点】——泌尿系统连续结构（肾脏—输尿管—膀胱—尿道）的空间位置关系；肾单位（肾小体、肾小管）的显微结构辨识；尿形成过程中肾小球滤过与肾小管重吸收两个核心环节的输入与输出差异。【基础】

【难点】——从认知负荷角度，尿的形成涉及流体成分在两个部位、两种方向（滤出与收回）的同步变化，学生极易混淆“滤过”与“重吸收”的对象与结果。突破策略：采用“实验模拟+大数据对比+实体建模”三阶支架，将不可见的微观物质移动转化为可见的滤液残留、数据差值、箭头流向。【非常重要】

【高频考向】——近五年全国36套中考生物卷统计显示，肾单位结构识图题出现率100%，尿形成过程分析题出现率94.2%，血尿/蛋白尿病理推理题出现率83.3%，排泄三条途径选择题出现率77.8%。【高频考点】

四、单元教学准备（资源与时空）

（一）教师端资源包

1.高清3D交互课件：包含可旋转、剖切、放大的泌尿系统与肾单位模型，动态模拟血液流经肾小球及滤液进入肾小囊过程，帧速率60fps，支持触控缩放。

2.模拟实验箱（每组1套）：125ml烧杯2个、玻璃漏斗1个、定性慢速滤纸（孔径相当于肾小球机械屏障）、淀粉悬浊液（5g/100ml）、滴管、玻璃棒、0.9%生理盐水。

3.病例资料库：隐去个人信息的真实尿常规化验单6份（涵盖正常、蛋白尿、血尿、糖尿、酮尿、脓尿案例），三甲医院肾内科科普动画《透析室的一天》。

4.建模材料超市（每组自选）：超轻粘土6色、塑料网纱（80目、200目各一片）、透明软管（内径3mm）、红色与蓝色毛线、泡沫板、热熔胶枪（教师演示用）。

5.评价量规（详见实施过程）：包含模型科学性、数据分析准确性、健康建议书逻辑性三个维度，每个维度分A/B/C三档描述。

（二）学生端前置任务

1.复习：七年级上册“细胞的生活”中细胞膜控制物质进出的功能；第四单元第三章“呼吸”中肺泡与毛细血管的气体交换过程。

2.调查：以小组为单位，通过正规医学健康网站或科普公众号，收集“哪些习惯会伤肾”“尿毒症患者主要治疗方式”两类信息，形成100字摘要带入课堂。

五、教学实施过程（核心环节深度展开）

本单元共计3课时，每课时45分钟，总时长135分钟。以下按课时、环节序列逐帧详述，涵盖教师行为、学生活动、意图阐释、关键追问、迷思概念澄清、即时评价等全要素，并同步嵌入【重要等级】与【考频标签】标记。

第一课时宏观定位·微观解构——泌尿系统与肾单位模型认证

（一）沉浸式情境启动：一份来自体检中心的会诊邀请

【0-5分钟】教师手持平板电脑，接收一条模拟语音留言：“七年级生物实验室，这里是校医室。刚刚结束的体质健康体检中，有6位同学的尿常规指标出现异常箭头，现邀请各班‘见习医学生’协助分析原因。能否接受挑战？”教师同步将6张匿名尿常规化验单（仅显示项目名称、结果、参考范围）投影至电子白板。学生瞬间进入角色，视线聚焦于“尿蛋白+”“尿葡萄糖+”“尿红细胞+”等醒目红色标注。教师不做任何解释，抛出核心驱动问题：“为什么尿液里会出现这些不该出现的东西？肾脏究竟做了什么？”学生小组窃语，已有部分学生从生活经验推测“肾坏了”。教师顺势发布单元总任务：“本单元结束后，每个小组须为其中一位‘虚拟患者’撰写《泌尿系统健康评估与建议书》，并在科室认证会上展示诊断逻辑。”【核心素养·科学探究】【重要】

（二）前概念精准探测与锚点固定

【5-10分钟】教师通过抢答器（或举手统计）进行快速前测：问题1—“产生尿液的器官是？A.肾脏B.膀胱”；问题2—“下列哪项属于排泄产物？A.粪便B.二氧化碳C.食物残渣”。即时数据显示：约40%学生错选膀胱为产尿器官，55%学生遗漏二氧化碳。教师并不批评，而是微笑展示一张夸张对比图：左侧为“人体代谢工厂”流程图，右侧为“食物残渣处理线”，引导学生发现代谢废物来自细胞呼吸与分解，而粪便未进入血液。师生共同凝练出核心定义：排泄是细胞代谢终产物排出体外的过程，途径包括呼吸、皮肤、泌尿系统；排遗是消化后的食物残渣排出，不属于排泄。板书核心词并标注【基础】【高频考点：排泄与排遗辨析】。

（三）观察·拆解·排序：泌尿系统的空间建构

【10-18分钟】每组分发一个可拆解的人体躯干模型（含可取出式泌尿系统器官）。任务指令：“第一步，从模型中取出所有属于泌尿系统的器官；第二步，将它们按尿液流经顺序摆放在白纸上；第三步，猜测每个器官最核心的作用，用关键词写在标签上贴于模型旁。”学生动手操作时，教师巡回拍摄典型作品投屏。此处常出现三种典型错误：将肾脏置于腹腔正中央（实际位于脊柱两侧，右肾略低）、遗漏输尿管、将膀胱功能描述为“生产尿”。教师针对错误，利用透明人体挂图叠加重置，展示肾脏的腹膜后位位置，并播放输尿管蠕动推送尿液的动态影像。当学生亲眼看到膀胱仅作为“蓄水池”时，惊叹声此起伏。教师升华：“每一个器官的位置、形态都精准对应其功能，这就是生命进化最精巧的设计。”【结构与功能观】【基础】【高频考点：泌尿系统组成】

（四）显微镜下探秘：从肾脏到肾单位的降维打击

【18-28分钟】教师分发肾脏纵切面永久装片（HE染色），学生分组在低倍镜下搜寻。引导语：“宏观的肾脏里，密密麻麻排列着近一百万个‘微型净化车间’，你能找到它的轮廓吗？”学生通过对比挂图，在镜下识别染色较深的皮质区、较浅的髓质区，以及呈放射状的肾锥体。教师随即在每组显微镜目镜上加装iPad转接口，将典型视野实时投屏。一名学生惊呼：“我看到好多小球！”教师抓住此瞬间，高清三维模型同步切入屏幕——旋转、剖切，展示单个肾单位：肾小体（肾小球毛细血管丛+肾小囊）与蜿蜒的肾小管。教师将肾单位比作“一颗胶囊咖啡加一段弯曲吸管”，学生哄笑中完成首次形象化记忆。【非常重要】【难点首次映射】

（五）手脑并用：肾单位结构DIY模型建构

【28-40分钟】进入本课时高潮——建模环节。教师呈现“建模材料超市”，每组限时10分钟，利用超轻粘土、网纱、软管等材料制作一个包含入球小动脉、肾小球、出球小动脉、肾小囊、近曲小管、髓袢、远曲小管的立体模型。教师仅提供肾单位结构模式图，不示范具体捏法，给予充分试错空间。各小组瞬间进入工程状态：有的用红色粘土搓成毛细血管球，外覆透明塑料片模拟肾小囊壁；有的将网纱剪成圆形嵌入肾小体表示滤过膜；有的用蓝色毛线缠绕在透明软管外模拟缠绕的毛细血管。教师走动时使用形成性评价语言：“这个小组的肾小囊包裹面积很大，过滤效率会更高——你们在无意识中应用了结构功能原理！”【核心素养·探究实践】展示环节，每组将模型置于实物展台下，轮流介绍命名。教师针对模型共性缺陷——肾小管长度严重不足，补充生理事实：“单根肾小管长约30-50毫米，双侧肾脏肾小管总长约80公里，相当于北京到天津的距离。”学生重新审视模型，主动要求课后加长肾小管结构。【非常重要】【难点具象化解】

（六）课时小结与认知留白

【40-45分钟】教师展示两杯液体：一杯模拟血液（红色水），一杯模拟原尿（淡黄色水）。“我们已经认识了净化车间的基本结构，那么车间到底如何工作？血液进，尿液出，中间发生了什么？为什么进与出的成分天差地别？”学生此时已积累大量结构表象，对“过滤”已有朦胧猜测，认知冲突蓄势待发。教师布置课后任务：利用家庭材料（纱布、饮料瓶、沙子）尝试制作简易净水器，并思考“肾小球的滤过与家用净水器滤芯的异同”。【跨学科衔接埋伏笔】

第二课时动态建模·数据实证——尿形成过程的深度建构与迁移

（一）概念复联与实验定向

【0-5分钟】各组展示自制的简易净水器作品（部分小组带来实物）。教师组织快速类比：净水器中的PP棉滤芯——滤除泥沙铁锈，对应肾小球滤除血细胞与大分子蛋白；活性炭层——吸附色素异味，对应肾小管重吸收有用物质。学生惊讶于工程原理与生理机制的跨时空相似性。教师自然过渡：“但人体这台‘净水器’远比我们手作的精密，它不仅能过滤，还能智能回收。今天，我们就在实验室里把‘肾单位’请进烧杯，亲眼看看滤过是怎样发生的。”【STEAM整合】【重要】

（二）模拟实证：肾小球滤过功能的“漏斗实验”

【5-18分钟】【非常重要】【难点】【高频考点】

此为整个单元最具认知冲击力的环节。教师明确实验材料类比：漏斗=肾小囊，滤纸=滤过膜（肾小球毛细血管壁），淀粉悬浊液=血液（淀粉颗粒直径0.5-100μm，大于滤纸孔径20μm，模拟血细胞与大分子蛋白）。各组操作：取滤纸对折放入漏斗，润湿贴紧，漏斗下放烧杯，缓慢倒入20ml淀粉悬浊液。

现象：烧杯中滤液完全澄清透明，滤纸上残留大量白色糊状淀粉。

教师连续追问：

1.滤液（原尿）中是否含有淀粉？为什么？（不含，淀粉颗粒太大无法通过滤纸。）

2.血液中哪些成分相当于滤纸上的淀粉？（血细胞、大分子蛋白质。）

3.如果滤纸破了，滤液会有何变化？（变浑浊，出现淀粉——类比血尿、蛋白尿。）

4.为什么原尿中还会有葡萄糖、无机盐等小分子物质？（因为它们直径小，顺利通过滤纸。）

每个小组根据现象填写实验报告单，并提炼出“肾小球滤过作用”定义：血液流经肾小球时，除血细胞和大分子蛋白质外，血浆中部分水、无机盐、葡萄糖、尿素等物质通过滤过膜进入肾小囊，形成原尿。【高频考点】

教师随即展示电子显微镜下肾小球滤过膜的扫描电镜图——三层结构（毛细血管内皮细胞窗孔、基膜、足细胞裂隙膜），机械屏障与负电荷屏障双重保障。学生由实验现象反向推导结构，实证精神油然而生。【核心素养·科学思维】

（三）对比推理：血浆、原尿、尿液的成分博弈

【18-28分钟】【非常重要】【高频考点】【难点】

教师分发纸质资料卡，内含经典表格数据（单位g/100ml）：

水：血浆90-93，原尿97，尿液95；

蛋白质：血浆7-9，原尿0.00，尿液0.00；

葡萄糖：血浆0.10，原尿0.10，尿液0.00；

尿素：血浆0.03，原尿0.03，尿液2.00；

无机盐：血浆0.90，原尿0.90，尿液1.50。

学生分组进行“找不同”竞赛，使用彩色荧光笔标注差异项。汇总发现三个惊天秘密：

秘密一：原尿中蛋白质为0，证明滤过膜完美阻隔大分子。【复习实验结论】

秘密二：尿液中葡萄糖为0，但原尿中有葡萄糖！葡萄糖去哪儿了？必然是流经肾小管时被“收回”了。【认知核心突破点】

秘密三：尿液尿素浓度远高于血浆、原尿，水去哪儿了？必然是被大量“收回”了，导致尿素相对浓缩。【重要】

教师并不直接给出“重吸收”术语，而是引导学生为这个“收回”过程命名。学生踊跃发言：“回收”“回流”“再吸收”“重利用”，教师给予肯定并规范为“肾小管的重吸收作用”。板画动态箭头：从肾小管腔指向周围毛细血管网，箭头旁标注“全部葡萄糖、大部分水、部分无机盐”。同时补充说明肾小管还具有分泌功能（如分泌肌酐、多余H⁺），但本课时优先聚焦重吸收。【核心素养·科学思维】

（四）模型升级：赋予静态结构以动态功能

【28-38分钟】学生回到第一课时制作的肾单位粘土模型，进行2.0版本迭代。任务要求：

1.用红色毛线缠绕入球小动脉、出球小动脉及肾小管周围毛细血管网；

2.用蓝色毛线表示含代谢废物的原尿流向（肾小囊→近曲小管→髓袢→远曲小管→集合管）；

3.用黄色箭头贴纸（教师提供）标注“滤过”发生位置（肾小球→肾小囊）；

4.用绿色箭头贴纸标注“重吸收”发生位置（肾小管各段→周围毛细血管）。

此时课堂气氛达到沸点，学生边缠绕边复述：“这里重吸收葡萄糖，这里重吸收水……”教师选取两个代表性模型投屏：一模型精准标注，肾小管全程贴满绿色箭头；另一模型仅在近端标注绿色箭头。教师引导学生思辨：“重吸收仅发生在近端吗？资料显示髓袢升支粗段主动重吸收Na⁺、Cl⁻，远曲小管继续调节水和盐——因此整个肾小管都在工作！”完善后的模型成为可讲述生理故事的立体学具。【非常重要】

（五）临床链接：异常化验单的归因诊断

【38-45分钟】【热点】【高频考点】

教师再次出示第一课时那6张异常尿常规化验单，并增加简要病史描述。例如：

病例A：男，13岁，感冒后一周出现肉眼血尿、泡沫尿。尿常规：蛋白+++，红细胞满视野。

学生组内会诊，利用刚建构的滤过—重吸收模型进行推理：红细胞、蛋白质不应出现在原尿中，现在出现在终尿，说明肾小球滤过膜受损。

病例B：女，50岁，多饮、多食、消瘦一月。尿常规：葡萄糖++++，酮体+。

学生迅速定位：原尿中葡萄糖浓度与血浆相同，但正常情况下全部被重吸收，尿糖阳性要么是血糖浓度超标（超过肾糖阈），要么是肾小管重吸收功能障碍。

教师顺势引入“肾糖阈”概念，但不过度展开，留下内分泌章节接口。至此，学生已经能够初步扮演“见习医生”，运用核心机制解释真实病理，学习效能感极强。【核心素养·态度责任】

第三课时系统联网·价值升华——排泄途径整合与社会责任内化

（一）知识体系结构化：四条排泄通路的并网发电

【0-10分钟】【基础】【高频考点】

教师以板画“人体代谢废物处理系统”总图，唤醒旧知：

1.呼吸系统：气体通道——CO₂+少量水蒸气（呼气）；

2.皮肤系统：汗腺分泌——水+无机盐+少量尿素（蒸发散热）；

3.泌尿系统：尿液形成——水+无机盐+尿素+尿酸等（主要途径）；

4.消化系统（肝脏）：解毒转化——将氨转化为尿素，随胆汁或血液转运（间接参与）。

教师呈现四组生活现象让学生抢答对应排泄途径：冬日起雾的眼镜（呼吸）、夏天汗湿的T恤泛白渍（皮肤）、晨起第一泡尿颜色较深（泌尿）、严重肝病患者体味重（肝脏代谢）。学生将碎片化经验串联为网状知识，完成大概念建构【重要】。

（二）微观探秘第二站：皮肤——被忽视的排泄功臣

【10-18分钟】【热点】【重要】

借助高倍镜观察猪皮永久装片或高清3D皮肤模型，学生识别表皮（角质层、生发层）、真皮（含毛细血管、神经末梢）、皮下组织。重点追踪汗腺：盘曲的分泌部位于真皮深层，导管开口于表皮表面。教师播放热成像仪下人体运动后体表温度变化与汗液分泌同步视频，提出探究点：“汗液成分与尿液成分有何异同？”学生通过阅读教材及教师补充资料总结：汗液含98%以上水，其余为NaCl、少量尿素，但浓度远低于尿液；汗液是血浆滤出液而非细胞分泌液。教师再次呼应结构与功能：汗腺导管重吸收部分NaCl，保留水分用于蒸发散热，这与肾小管重吸收水以保水保钠有异曲同工之妙。学生惊叹进化保守性。【跨学科·比较解剖学】

（三）社会性科学议题（SSI）：肾透析与生命质量

【18-28分钟】【热点】【核心素养·社会责任】

教师播放三甲医院肾内科科普动画《透析室的一天》：患者平卧，血液经动静脉瘘引出，流经透析器，与透析液进行物质交换后回输体内。教师设置问题链：

1.透析器的核心部件“半透膜”模拟了肾单位的哪一结构？（肾小球滤过膜。）

2.透析液为何需含葡萄糖和正常浓度的无机盐？（防止血液中这些有用物质被过度滤出——模拟肾小管重吸收的保留功能。）

3.为何透析需每周2-3次，每次4小时？（肾脏是24小时持续工作的，透析是间歇性替代，无法完全模拟肾小管精细调控。）

学生从膜材料学角度惊讶地发现：透析膜孔径需精准控制在5-10nm，既能清除肌酐（分子量113）、尿素（60），又能保留白蛋白（66000），是材料科学与医学的完美联姻。部分男生表现出对生物医学工程的浓厚兴趣，教师鼓励其未来投身人工器官研发。【生涯规划渗透】

（四）价值交锋：器官捐献——向死而生的生命教育

【28-40分钟】【难点】【核心素养·社会责任】

教师呈现数据：我国每年约30万终末期肾病患者，仅1万余例可获得肾移植，大量患者在透析等待中离世。同时展示器官捐献登记卡样本，并播放一段真实采访——一位接受肾移植后重获新生的花季少女对着镜头说：“我不知道捐献者是谁，但我的身体里有他/她的一部分，我会替他/她好好活着。”教室寂静，部分学生眼眶泛红。

教师提出微型辩论议题：“中国公民逝世后器官捐献遵循自愿、无偿原则。你是否愿意在年满18周岁后登记成为器官捐献志愿者？”不追求统一答案，但要求每组发表立场并陈述理由。

正方学生：“能让他人延续生命，是最高级的善。”“反正烧成灰，不如救人。”

反方学生：“担心家人情感上无法接受。”“害怕医疗过程中不被全力抢救。”

教师不做道德评判，而是用科学事实引导：捐献与抢救并行不悖，我国器官获取有严格伦理流程。更关键的是，预防肾病远比治疗更重要。

辩论尾声，教师带领全体学生起立，向“无语良师”——器官捐献者致以30秒默哀。此时，生物课已超越知识传递，成为生命意义的哲学课堂。【非常重要】【情感态度峰值】

（五）项目成果展评：《泌尿系统健康评估与建议书》发布

【40-45分钟】各小组将前两课时分析的虚拟病例进一步完善，形成书面报告。报告结构包括：

1.患者基本信息与异常指标摘录；

2.基于肾单位模型的异常成因推理（图文结合）；

3.生活方式干预建议（饮水、饮食、用药、复查）；

4.一句患者寄语。

教师采用画廊漫步法，各组将报告张贴于教室四周，学生持便利贴互相留言点赞。教师依据量规评选“最佳诊疗团队”，授予电子版“泌尿科见习医生认证徽章”。单元在高参与、高情感、高认知中收束。

六、板书设计（全程动态生成，非预设固定）

第一课时板书区块：

左栏——泌尿系统结构流线图（附器官功能关键词）；

中栏——肾单位放大解构图（肾小体、肾小管）；

右栏——模型建构高频错误纠正区（张贴典型错误模型照片并手写修正提示）。

第二课时板书区块