核心素养导向下初中生物学七年级《人体内废物的排出》单元教学设计

核心素养导向下初中生物学七年级《人体内废物的排出》单元教学设计

  一、单元教学规划与整体设计

  （一）指导思想与设计理念

  本单元教学设计以《义务教育生物学课程标准（2022年版）》为根本依据，深刻贯彻“核心素养为宗旨、课程设计重衔接、学习主题为框架、内容聚焦大概念、教学过程重实践、学业评价促发展”的课程理念。设计立足于“人体生理与健康”这一大概念下的“人体的废物排出”重要概念，旨在超越传统知识点罗列与单一器官功能讲解的模式，构建一个以核心概念为统领、以真实情境为纽带、以探究实践为路径的结构化学习单元。

  设计秉承“深度学习”与“大单元教学”思想，将“人体内废物的排出”置于维持人体内环境稳定的宏观图景中审视。不仅关注泌尿系统这一主要途径，更整合皮肤排汗、呼吸系统排出二氧化碳等过程，引导学生构建关于人体排泄的整体观念。同时，强调跨学科视角，有机融合物理学中的渗透、扩散原理，化学中的物质成分检测与分析思路，以及健康教育的生命关怀与社会责任，着力发展学生的生命观念、科学思维、探究实践和态度责任。通过对比分析不同版本教材（如人教版、北师大版、苏教版等）在本主题内容编排、侧重点、呈现方式及探究活动设计上的差异，汲取各家之长，优化整合教学资源与策略，旨在打造一个概念精准、情境真实、活动丰富、评价多元的高效能学习历程。

  （二）单元教学分析

  1.课标分析：本单元对应课程标准“概念4人体生理与健康”下的“4.3人体通过循环系统运输体内的物质和排出代谢废物”及“4.4人体通过泌尿系统和皮肤排出代谢废物，维持内环境的稳定”。具体内容要求包括：描述人体泌尿系统的组成；概述尿液的形成和排出过程；说明尿液排出对维持人体内环境稳定的作用；描述皮肤的结构与功能；举例说明代谢废物的排出途径。其教学提示强调通过观察、模型制作、资料分析等活动，帮助学生理解尿液形成的过程，并形成健康生活的态度。学业要求则指向学生能否运用结构与功能观，解释泌尿系统、皮肤等与排泄相关的功能，并形成关爱生命的意识。

  2.学情分析：授课对象为初中七年级学生。其认知基础方面，学生已学习了消化系统、呼吸系统、循环系统的结构与功能，对“结构与功能相适应”的生物学观点有了初步认识，并了解了营养物质和氧气的吸收、运输过程。这为理解代谢废物的运输与排出奠定了知识链基础。然而，学生尚缺乏“内环境稳态”的系统概念，对代谢废物产生的持续性与排出的必要性理解不深。思维特点上，该年龄段学生抽象逻辑思维正在发展，但对尿液形成中涉及到的“滤过”、“重吸收”等微观、动态的生理过程，仍存在理解困难，需借助直观模型、模拟实验和数字化资源进行建构。此外，学生对自身身体现象（如出汗、排尿）有直接体验，但多停留在表面，缺乏科学探究的兴趣与深度分析的动机。

  3.教材比较分析与整合策略：现行主流初中生物学教材在本主题的编排上存在显著差异，为本教学设计提供了丰富的比较视角与整合空间。

  （1）内容组织逻辑差异：人教版遵循“现象-结构-功能-意义”的经典逻辑，从排尿引出系统，再深入肾脏微观结构，进而详细阐述尿的形成与排出，最后提及其他排泄途径。北师大版则更强调“稳态维持”的高位概念，开篇即将排泄置于维持体内环境稳定的框架下，整合了泌尿、汗液蒸发散热、呼吸排出二氧化碳等多种途径，结构功能分析服务于稳态主题。苏教版在活动设计上尤为突出，安排了“观察肾单位模型”、“分析尿液成分异常数据”等探究环节。

  （2）核心活动与呈现方式差异：在“肾单位结构”呈现上，人教版侧重于精美的剖面图解与文字描述；北师大版配套提供了动态的血液滤过示意动画；苏教版则鼓励学生利用橡皮泥、塑料管等材料制作简易肾单位模型。在“尿的形成过程”阐述上，人教版采用分步（滤过、重吸收、分泌）文字叙述辅以示意图；北师大版设计了血液、原尿、终尿成分对比表，引导学生通过数据分析推理过程；苏教版则设置了“模拟肾小球的滤过作用”小型实验。

  （3）整合策略：基于以上比较，本教学设计将采取“优势融合，逻辑重构”的策略。以“维持内环境稳定”为核心统领（借鉴北师大版理念），按照“排泄的意义与途径总览→主要途径：泌尿系统的结构与功能深度探究→尿的形成机制（微观、动态突破）→其他途径及其整合意义→健康生活与社会责任”的逻辑序列重组内容。在教学活动上，融合人教版的结构清晰性、北师大版的数字资源与数据分析、苏教版的动手建模与模拟实验，设计多层次、多感官参与的探究任务链。

  （三）单元学习目标

  基于课程标准、学情分析与整合后的内容，制定以下单元学习目标：

  1.生命观念：通过构建泌尿系统及肾单位的物理与概念模型，阐明其结构与滤过、重吸收功能相适应的特点；通过分析尿液、汗液成分及形成过程，阐释排泄对于排出代谢废物、调节水盐平衡和体温、从而维持人体内环境稳定的重要意义，初步形成“稳态与平衡观”及“结构与功能观”。

  2.科学思维：能够基于观察、实验数据（如尿液成分表、滤过模拟实验结果）或图表信息，运用比较、归纳、推理等方法，分析并概括尿液形成的主要步骤及其影响因素；能够针对“尿液异常（如蛋白尿、糖尿）可能的原因”提出有依据的假设，并设计简单的验证思路，发展逻辑思维和批判性思维。

  3.探究实践：能够合作完成制作肾单位结构模型、模拟肾小球滤过作用等实验活动；能够规范使用显微镜观察肾组织切片（或永久装片）的显微结构；能够基于真实或模拟的临床尿检数据，进行分析并尝试做出初步解释；在探究活动中，发展动手操作、团队协作与科学表达能力。

  4.态度责任：关注自身与他人的泌尿系统健康，认同规律作息、适量饮水、及时排尿等良好生活习惯的重要性；能够基于排泄相关知识，客观分析并驳斥关于“排毒”的某些不科学言论；形成关爱肾功能障碍患者等特殊群体的社会责任感，认同定期体检、科学治疗的价值。

  （四）单元教学重难点

  教学重点：泌尿系统的组成及各部分功能；肾单位的结构特点；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）；排泄对于维持内环境稳定的意义。

  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；肾小球的滤过作用与肾小管的重吸收作用中物质成分变化的分析与推理。

  （五）单元教学策略与资源准备

  1.教学策略：

  （1）概念建构策略：采用“情境感知→问题驱动→模型构建→推理阐释→应用迁移”的进阶式概念学习路径。从学生熟悉的“运动后为何口渴、多汗、少尿？”这一整合性情境出发，驱动对整个排泄系统功能的思考。

  （2）难点突破策略：针对肾单位微观结构与尿液形成过程，采用“宏观模型感知（自制肾单位模型）→微观图像印证（显微镜观察、数字切片）→动态模拟演示（高保真动画或仿真软件）→关键环节模拟（滤过实验）”的组合策略，化微观为直观，化静态为动态。

  （3）跨学科整合策略：明确渗透、扩散等物理原理在滤过与重吸收中的作用边界；引入简易的化学检测方法（如尿糖试纸）进行探究；联系健康教育的相关知识，进行健康行为决策。

  （4）差异化教学策略：基于对不同版本教材活动设计难易度、侧重点的分析，设计分层探究任务。基础任务确保所有学生掌握核心概念；拓展任务（如深入分析不同疾病对滤过或重吸收环节的影响）供学有余力的学生选择。

  2.资源准备：

  （1）实验材料：猪或羊的肾脏（解剖观察）、肾单位结构模型制作材料（各色橡皮泥、不同口径塑料软管、纱布、漏斗等）、模拟滤过装置（带刻度的注射器、滤纸、烧杯、配制好的“模拟血液”溶液等）、显微镜、肾组织切片、尿糖试纸、模拟尿液样本。

  （2）数字化资源：整合各版本精华的交互式课件（包含高清解剖图、3D肾单位旋转模型、尿液形成动态流程图、不同情境下水盐平衡调节示意）；肾脏功能虚拟实验平台（允许学生调整血压、血浆浓度等参数，观察对尿量和成分的影响）；相关微课视频（如肾脏移植、透析原理）。

  （3）文本资料：精心编制的学案（内含概念图框架、数据记录表、案例分析题）；不同版本教材相关章节的节选对比阅读材料；真实的尿常规化验单（匿名处理）及解读指南。

  二、单元教学实施过程（分课时详案）

  本单元计划用4个课时完成。

  第一课时：生命系统的清洁卫士——排泄的概述与泌尿系统的结构

  （一）课时目标

  1.通过分析运动前后身体变化的情境，列举人体排出代谢废物的主要途径（泌尿、排汗、呼吸），并初步解释其意义。

  2.通过观察哺乳动物肾脏实物和解剖图，描述泌尿系统的组成及各器官的功能。

  3.通过制作肾单位简易模型并结合多媒体观察，识别肾小球、肾小囊、肾小管等主要结构，初步建立肾单位的空间结构概念。

  （二）教学过程

  1.情境导入，激疑引思（预计时长：8分钟）

    活动：播放一段短视频，展示一名同学在进行高强度体育运动（如长跑）前后的状态对比：面色潮红、大汗淋漓、呼吸急促、运动后一段时间内尿量减少且颜色加深。随后，呈现一个引导性问题链：“运动时，我们身体内部发生了什么变化，导致这些现象？”“汗水、呼出的气体、尿液中有哪些物质来自于我们体内的代谢过程？”“如果这些产生的‘废物’长期排不出去，我们的身体会怎样？”

    设计意图：创设真实、整合的生物学情境，迅速将学生注意力引向“代谢废物排出”这一核心议题。通过问题链，激活学生关于呼吸系统、皮肤功能的已有知识，并自然引出“排泄”的广义概念（排出代谢终产物），同时点明其对于维持生命活动正常进行的必要性，为整个单元学习奠定意义基础。

  2.任务探究一：排泄途径大盘点（预计时长：12分钟）

    活动：学生以小组为单位，结合自身经验和已有知识，讨论并完成“人体代谢废物及其排出途径”表格的填写（学案提供）。表格内容包括废物名称（如二氧化碳、尿素、多余的水、无机盐等）、来源（何种代谢产生）、主要排出途径、相关系统器官。随后，教师利用动态示意图进行总结，清晰展示泌尿（以尿素、多余水盐为主）、排汗（部分水、无机盐、尿素）、呼吸（二氧化碳、水）三条主要途径，并强调泌尿系统是排出大部分含氮废物（如尿素）的主要和最重要途径。

    设计意图：引导学生进行知识梳理与整合，从具体现象中抽象概括出系统的生物学知识，建立对排泄系统的整体认识，理解不同排泄途径的分工与协作。

  3.任务探究二：揭秘泌尿系统——从宏观到微观（预计时长：20分钟）

    活动分为两个环节：

    环节A：宏观结构初探。教师展示泌尿系统整体模型或高清示意图，学生观察并指认肾脏、输尿管、膀胱、尿道的位置。随后，分发哺乳动物（猪或羊）肾脏实物（或高质量解剖视频），学生小组合作，观察肾脏外形、触摸质感，尝试纵向剖开，观察内部皮质、髓质、肾盂的粗略结构。教师引导思考：“为什么肾脏是形成尿液的器官？它的内部结构可能有什么特点来适应这一功能？”

    环节B：微观单位建模。教师指出肾脏的基本功能单位是“肾单位”，数量巨大。学生利用提供的材料（橡皮泥代表不同结构，塑料管代表管道），参照示意图或简要步骤说明，合作制作一个简易的肾单位物理模型。要求体现“肾小球（毛细血管球）”、“肾小囊（包裹肾小球的双层壁）”、“肾小管（弯曲和细长的管道）”三部分的连接关系和相对位置。制作完成后，各小组展示并简要说明。

    设计意图：从宏观器官到微观单位的观察与建模，遵循学生的认知规律。实物观察提供直观感受，激发兴趣。动手制作模型是知识内化的重要过程，能有效帮助学生将平面图像转化为立体结构认知，突破空间想象难点，为理解尿液形成的动态过程奠定坚实的结构基础。

  4.总结梳理与评价（预计时长：5分钟）

    活动：学生独立完成学案上的概念图框架（关于排泄途径和泌尿系统组成）。教师选取部分学生作品进行展示点评。布置课后延伸观察：记录自己一天中不同时间段的饮水、排尿情况，并思考两者之间可能存在的关系。

    设计意图：利用概念图工具促进知识结构化。课后观察任务将学习与个人生活联系起来，为下一课时学习尿的形成过程埋下伏笔。

  第二课时：神奇的“过滤工厂”——尿液的形成机制

  （一）课时目标

  1.通过分析血浆、原尿、终尿成分数据表，推理并概述尿液形成包括肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用两个主要阶段。

  2.通过模拟肾小球滤过实验，说明滤过作用的特点及影响因素。

  3.能够运用“结构与功能观”，解释肾小球和肾小管的结构如何适应其滤过和重吸收功能。

  （二）教学过程

  1.复习导入，聚焦核心问题（预计时长：5分钟）

    活动：快速回顾上节课内容，展示肾单位模型。提出问题：“血液流经这个精巧的‘工厂’，是如何一步步变成尿液的？这个过程中，哪些物质留下了，哪些物质被‘扔掉了’？”

    设计意图：承上启下，直接聚焦本课时的核心科学问题，明确学习任务。

  2.任务探究一：数据中的秘密——从成分变化推过程（预计时长：15分钟）

    活动：教师提供一份“血浆、肾小囊腔内的液体（原尿）、排出的尿液（终尿）主要成分对比表”（数据经过教学化处理）。学生小组合作，分析讨论以下问题：（1）与原尿相比，终尿中哪些物质浓度发生了巨大变化（如葡萄糖、氨基酸几乎为零）？这说明了什么过程可能发生？（2）与血浆相比，原尿中缺少了什么大分子物质（如蛋白质）？这又说明了什么过程可能发生？（3）尿素、尿酸等废物的浓度在终尿中显著升高，如何解释？通过分析推理，学生尝试自行归纳出尿液形成的两个关键步骤：肾小球的滤过作用（形成原尿，除大分子蛋白质外，其他成分与血浆相似）和肾小管的重吸收作用（将大部分水、全部葡萄糖、部分无机盐等有用物质重新吸收回血液）。

    设计意图：借鉴北师大版的数据分析思路，将结论的得出建立在证据分析和逻辑推理之上，而非直接灌输。这极大地锻炼了学生的科学思维（归纳、推理），使其对尿液形成过程的理解更加深刻和主动。

  3.任务探究二：模拟实验——揭秘“滤过”的屏障（预计时长：15分钟）

    活动：学生分组进行模拟肾小球滤过作用的实验。装置：一支大注射器内筒代表肾小球毛细血管，内装“模拟血液”（含红色颜料大颗粒代表血细胞，淀粉溶液代表蛋白质，葡萄糖、食盐、尿素等小分子物质溶于水）；注射器出口端紧密包裹多层滤纸（代表滤过屏障）并置于烧杯上方。推动注射器活塞，模拟血压作用，观察滤出液（模拟原尿）与剩余液体的成分差异。引导学生记录观察：哪些物质通过了滤纸？哪些没有？改变“血压”（推注速度）或“滤纸层数”（屏障通透性）会有什么影响？

    设计意图：借鉴苏教版的动手实验理念，将抽象的“滤过”原理转化为可观察、可操作的现象。通过模拟实验，学生能直观理解肾小球滤过的选择性（基于分子大小），并初步感知血压、滤过膜健康状况对滤过功能的影响，将结构与功能、生理与病理初步关联。

  4.整合深化：动态演绎与机理阐释（预计时长：10分钟）

    活动：播放高保真的尿液形成三维动态动画，将数据推理和模拟实验的结论进行整合与动态可视化。动画清晰展示血液流经肾小球时的滤过过程，以及原尿流经漫长肾小管时，周围毛细血管网进行选择性重吸收和少量分泌的过程。教师结合动画，精讲点拨，阐释肾小球毛细血管壁和肾小囊内壁构成滤过膜的结构基础，以及肾小管上皮细胞富含线粒体（供能）和微绒毛（增大重吸收面积）的结构如何与其重吸收功能相适应。

    设计意图：利用数字资源（融合各版本优势）将零散的认知整合成一个连贯、动态的生理过程。教师的精讲旨在深化“结构与功能相适应”这一生命观念，并规范科学表述。

  5.课堂小结与评价（预计时长：5分钟）

    活动：学生尝试用流程图或连环画的形式，简要描述尿液形成的步骤。完成学案上的针对性练习（如：当某人肾小球发生炎症时，滤过膜通透性增大，尿液中可能出现什么异常成分？）。教师及时反馈。

    设计意图：多元化的总结方式照顾不同认知风格的学生。练习将所学知识应用于简单的情境分析，检验学习效果，并为下一课时的健康议题做铺垫。

  第三课时：协同与平衡——排泄的多元途径及内环境稳态

  （一）课时目标

  1.通过实验观察和资料分析，描述皮肤的结构与排汗功能，解释排汗在排泄废物和调节体温中的作用。

  2.能够综合泌尿、排汗、呼吸等途径，阐述人体是如何通过排泄过程维持水、无机盐平衡及体温相对稳定的。

  3.能够基于排泄知识，解释一些常见生活现象（如天热尿少、大量出汗后要喝淡盐水等），并提出健康生活的建议。

  （二）教学过程

  1.情境再探，引出皮肤排泄（预计时长：10分钟）

    活动：回看第一课时的运动情境，聚焦于“排汗”现象。提问：“汗液从哪里来？它的成分是什么？出汗除了凉快，对体内废物的排出有贡献吗？”引导学生观察自己皮肤上的汗孔（可借助放大镜），或观察汗液在干净皮肤上蒸发后留下的痕迹。提供汗液成分检测资料（含有水、无机盐、少量尿素等）。从而明确皮肤也是排泄器官。

    设计意图：从单元大情境自然延伸，将学习焦点拓展到泌尿系统之外，完善排泄系统的全景图。

  2.任务探究一：皮肤的结构与功能（预计时长：15分钟）

    活动：学生观察皮肤结构模型或分层示意图，识别表皮、真皮及附属结构（汗腺、毛发等）。重点观察汗腺的结构：分泌部和导管。教师讲解或播放动画，展示汗液形成与排出的过程。设计讨论题：“比较汗液与尿液在成分和排出调节上的异同。”引导学生理解：汗液主要调节体温（蒸发散热），兼有排泄作用；其排出主要受体温和神经调节；而尿液排出主要调节水盐平衡，受激素（如抗利尿激素）和神经调节。

    设计意图：深化对皮肤排泄功能的认识，并与泌尿功能进行比较，理解不同排泄途径的精细分工与协同。

  3.任务探究二：稳态维持的系统思维（预计时长：15分钟）

    活动：呈现一个整合性案例分析。“一位工人在高温环境下从事重体力劳动，大量出汗，仅饮用大量纯净水。”学生小组讨论：（1）此人尿液量可能会有何变化？为什么？（2）大量饮用纯净水可能带来什么问题？（3）从维持内环境稳定的角度，他应该怎样科学饮水？为什么？讨论后，教师引导学生构建一个简单的概念网络图，展示：体内代谢产生废物、热量增加→通过神经、激素调节→泌尿系统（调节尿量、成分）、皮肤（调节汗量）、呼吸系统（调节呼吸频率深度）协同活动→排出多余废物、水分、无机盐、热量→维持内环境水、盐、温度、酸碱度等的相对稳定。

    设计意图：通过真实的、需要综合应用知识的复杂情境，驱动学生将泌尿、排汗等零散知识整合到“内环境稳态”这一大概念下。构建概念网络图，训练系统思维，深刻理解排泄活动的生理意义。

  4.联系生活，健康行动（预计时长：5分钟）

    活动：学生分享讨论，列出基于本单元知识所想到的健康生活建议（如：每日足量饮水、不憋尿、保持皮肤清洁、高温作业注意补充盐分、关注尿液颜色变化等）。教师进行总结和提升。

    设计意图：将生物学知识转化为积极的态度和负责任的行为，落实态度责任素养目标，体现学科育人价值。

  第四课时：单元总结、迁移与应用

  （一）课时目标

  1.通过构建单元概念图，系统梳理人体废物排出的途径、过程及其在维持内环境稳态中的作用。

  2.能够运用本单元所学知识，分析与排泄系统相关的常见健康问题（如肾炎、尿路感染、中暑等），并提出初步的预防或应对思路。

  3.通过角色扮演或方案设计活动，体验知识的社会应用，增强社会责任感。

  （二）教学过程

  1.知识结构化：构建单元概念图（预计时长：15分钟）

    活动：学生以小组为单位，使用卡片或思维导图软件，合作绘制本单元的完整概念图。核心概念为“人体内废物的排出”，下级概念应涵盖：排泄的意义、三条主要途径（泌尿、排汗、呼吸）、泌尿系统的详细结构与功能（重点肾单位及尿液形成过程）、皮肤的结构与功能、各途径如何协同维持水盐平衡和体温稳定等。鼓励体现概念间的联系（如用箭头和连接词）。各组展示并互评。

    设计意图：这是单元学习后的高阶认知活动，促使学生将分散的知识点整合成有机的概念网络，实现知识的结构化、系统化，这是深度学习的标志。

  2.迁移应用：健康咨询室（预计时长：20分钟）

    活动：设置“健康咨询室”情境。教师提供几个典型案例（基于真实情境改编）：

    案例A：体检发现尿液中检测出葡萄糖和微量蛋白质，患者无糖尿病史。

    案例B：老年人憋尿后发生尿路感染，出现尿频、尿急、尿痛。

    案例C：夏季户外活动中，有人出现大量出汗、头晕、乏力、尿少色深等症状。

    学生小组选择其中一个案例，扮演“小医生”或“健康顾问”，进行讨论分析：可能的问题出在排泄系统的哪个环节？依据是什么？给出怎样的健康建议或就医指导？小组派代表进行“会诊汇报”。

    设计意图：在真实、复杂的问题情境中应用知识，是检验核心素养达成度的有效方式。该活动综合考查了学生的生命观念（结构功能）、科学思维（推理判断）、态度责任（健康关怀），并锻炼了沟通表达能力。

  3.拓展延伸：关爱肾脏，传递责任（预计时长：10分钟）

    活动：播放关于“世界肾脏日”或“肾脏透析与移植”的公益短片（或阅读相关材料）。引导学生讨论：（1）肾脏功能衰竭对患者生活的影响。（2）我们能做些什么来保护自己和他人的肾脏健康？（3）如何对待身边的肾病患者？鼓励学生设计一份“关爱肾脏健康”的校园倡议书或科普小报的提纲。

    设计意图：将学习从个人健康层面提升到社会责任层面，培养学生的人文关怀和公民意识，实现生物学学习的终极价值。

  4.单元总结与作业布置（预计时长：5分钟）

    教师对整个单元的学习进行简短总结，强调排泄系统在生命系统中的重要地位。布置单元作业（见下文评价部分）。

  三、单元学习评价与反馈设计

  本单元评价坚持“教学评”一体化，贯穿学习全过程，采用多元评价方式。

  （一）过程性评价（占比60%）

  1.课堂表现观察：记录学生在小组讨论、模型制作、实验操作、汇报展示中的参与度、合作精神、思维活跃度及科学态度。

  2.学习作品评价：对“肾单位模型”、“尿液形成流程图/连环画”、“单元概念图”、“健康咨询案例分析报告”等进行等级评价，制定包含科学性、完整性、创新性、表达清晰度等维度的简易量规。

  3.学案与练习反馈：检查学案任务完成情况、课堂练习准确率，及时诊断学生对核心概念的理解程度。

  （二）单元总结性评价（占比40%）

  设计一份单元检测题，题型包括：

  1.概念理解题：考查对排泄途径、泌尿系统结构、尿液形成过程等核心概念的准确记忆与理解。

  2.图表分析题：提供肾单位结构图、尿液成