初中生物学七年级下册《人体代谢废物的产生与排泄》教学设计

初中生物学七年级下册《人体代谢废物的产生与排泄》教学设计

  一、教学理念与设计思路

  本教学设计以《义务教育生物学课程标准（2022年版）》为指导，秉承“核心素养为纲”的课程理念，立足于初中七年级学生的认知发展水平与生活经验。设计以“概念建构”与“科学思维”培养为核心，通过创设真实情境、驱动性问题链和系列化探究活动，引导学生从现象入手，深入理解人体作为开放系统，在新陈代谢过程中产生代谢废物并依赖排泄系统维持内环境稳定的生物学基本规律。本设计打破传统知识罗列的框架，以“代谢废物从何而来”、“去往何处”、“如何排出”、“意义何在”为逻辑主线，整合生命观念、科学探究、科学思维和社会责任四大核心素养目标。教学过程中，注重利用模型建构、数据分析、实验观察（或模拟实验）、论证研讨等多种学习方式，帮助学生建立“结构与功能相适应”、“物质与能量观”以及“稳态与平衡观”等生命观念，并初步形成基于证据进行逻辑推理的科学思维能力，最终能将所学知识应用于解释生活现象、关注自身健康，培养积极的社会责任感。

  二、教学背景分析

  （一）内容分析：本节内容隶属于“人体生理与健康”主题范畴，是学生学习了消化系统、呼吸系统、循环系统（物质运输）之后，对人体新陈代谢完整过程认识的收官与深化环节。知识结构上，它承前启后：承前——代谢废物是细胞内线粒体等细胞器在分解有机物释放能量（呼吸作用）过程中产生的终产物，与之前学习的营养物质的吸收、氧气的利用、血液循环的运输功能紧密相连；启后——为后续学习人体调节（如泌尿系统的调节）以及健康生活（如合理饮水、预防肾病）打下坚实基础。核心概念包括：1.代谢废物的定义、主要种类（以二氧化碳、尿素、多余的水和无机盐为代表）及其产生来源（细胞呼吸及物质代谢）；2.排泄的概念及其与排遗的本质区别；3.人体排泄的三条主要途径（呼吸系统、皮肤、泌尿系统）及各途径排出的主要废物；4.泌尿系统作为最主要排泄途径的结构基础（重点为肾脏的结构与功能单位——肾单位）；5.尿液形成的基本过程（过滤与重吸收）。教学重点在于理解排泄的概念、识别代谢废物的来源与去路、阐明泌尿系统在排泄中的核心作用。教学难点在于从微观层面理解肾单位如何通过过滤和重吸收形成尿液，以及建立“新陈代谢—产生废物—排泄废物—维持稳态”的系统性认知模型。

  （二）学情分析：授课对象为七年级下学期学生。他们的认知特点是：具备了一定的抽象逻辑思维能力，但仍需具体形象材料的支持；对自身身体结构和生命现象有天然的好奇心；通过前一阶段的学习，已初步掌握了人体几大系统的组成和功能，具备了“系统”的概念，并对细胞、营养物质、血液循环等基础知识有了一定了解。然而，学生可能存在的认知障碍包括：1.容易混淆“排泄”与“排便”（排遗）；2.难以将细胞内发生的化学反应（呼吸作用）与宏观的排泄现象（如排尿、出汗）建立直接联系；3.对肾脏内部微观的滤过和重吸收过程感到抽象，难以想象。因此，教学设计需通过生活化的类比、直观的模型、动态的动画和层层递进的问题，搭建认知脚手架，帮助学生突破难点。

  三、学习目标

  依据课程标准与学情，设定以下三维学习目标：

  （一）生命观念

  1.通过分析代谢废物的产生与排泄过程，初步形成“人体是一个统一的整体，各系统协调配合维持内环境稳态”的系统观。

  2.通过探究泌尿系统的结构与功能，建立“肾脏的结构（尤其是肾单位）与其滤过、重吸收功能相适应”的结构与功能观。

  3.理解排泄是新陈代谢的重要组成部分，认同“物质与能量伴随代谢过程发生转化与转移，并产生废物”的物质与能量观。

  （二）科学思维与探究

  1.能够基于生活现象（如运动后出汗、排尿等）提出关于代谢废物产生与排出的可探究的科学问题。

  2.能够通过观察模型、分析图表和数据（如尿液成分表、汗液成分表），运用比较、归纳、推理等方法，区分排泄与排遗，归纳排泄的多种途径。

  3.能够利用物理过滤和选择性重吸收的原理，类比并解释肾单位形成尿液的过程，初步建立模型与解释的能力。

  4.能够基于证据（如不同状态下尿量、成分的变化）进行论证，解释排泄对人体健康的重要意义。

  （三）社会责任与实践应用

  1.能够运用所学知识，解释多喝水、及时排尿、保持皮肤清洁等良好生活习惯的科学道理。

  2.关注肾脏健康，了解常见的肾脏疾病（如肾炎、肾衰竭）及其对身体的危害，形成预防意识和珍爱生命的健康观。

  3.初步了解人工肾（透析）的工作原理，体会科学技术在维护人类健康中的应用价值。

  四、教学准备

  （一）教师准备

  1.多媒体课件：包含高清图片（人体系统示意图、肾结构剖面图、肾单位模式图）、动画视频（尿液形成过程、血液循环途径与排泄的关系）、数据图表（尿液与汗液成分对比表、血浆、原尿、终尿成分比较表）。

  2.教具模型：人体半身模型（展示泌尿系统位置）、肾脏解剖放大模型、可拆卸的肾单位物理模型（能演示滤过和重吸收的组件）。

  3.实验材料（演示或分组探究）：新鲜猪肾或羊肾（供观察剖面结构）、滤纸和漏斗（模拟肾小球的过滤作用）、不同浓度的溶液（模拟血浆、原尿）、活性炭或色素吸附装置（模拟肾小管的重吸收）。

  4.学习任务单：包含驱动性问题、观察记录表、概念图框架、分析讨论题、课后实践项目指南。

  （二）学生准备

  1.复习消化、呼吸、血液循环相关知识。

  2.预习教材，记录关于“废物”和“排泄”的疑问。

  3.以小组为单位，准备记录本和彩笔，用于课堂讨论和绘制概念图。

  五、教学实施过程（共计2课时，90分钟）

  （一）第一课时：感知废物，明晰概念——代谢废物的产生与排泄途径

  1.情境创设，问题驱动（预计时间：8分钟）

   活动设计：播放一段短视频，内容涵盖：剧烈运动后大汗淋漓、气喘吁吁的运动员；清晨起床后上厕所；长时间憋尿后的不适感；医生查看尿液检测报告单。视频结束后，画面定格在几个关键词上：汗液、呼出的气体、尿液。

   教师引导：“同学们，视频中的这些场景都与我们身体的哪些现象有关？汗水、呼出的‘白气’、尿液，它们是什么？我们的身体为什么会‘生产’出这些东西？它们是从身体的哪里来的？最终又到哪里去了？如果我们不排出它们，身体会怎样？”

   学生活动：观看视频，结合生活经验，进行初步思考和小组内简短交流。预期学生能说出“是身体里的垃圾”、“是喝水多了”、“是运动产生的”等朴素认知，也可能提出“尿和粪便是同一种东西吗？”等疑问。

   设计意图：从学生最熟悉的生活现象切入，快速聚焦主题，激发探究兴趣。提出的一系列问题构成了本课时的核心问题链，旨在引导学生从关注现象转向思考本质。

  2.概念辨析，初建模型（预计时间：15分钟）

   活动一：区分“排遗”与“排泄”

   教师呈现两张图片：一是排便过程示意图，二是排尿过程示意图。提出问题：“食物残渣形成粪便排出体外，与尿液排出体外，是一回事吗？它们排出的物质来源有何根本不同？”

   引导学生回顾消化系统知识：粪便的主要成分是未被消化吸收的食物残渣（纤维素等），它们从未进入血液循环，属于“外来物”。而尿液中的成分（尿素、无机盐等）来源于细胞代谢产生，并通过血液循环运输。

   师生共同归纳关键概念：代谢废物——指细胞在生命活动（主要是呼吸作用）过程中产生的，对人体无用甚至有害的物质。排泄——将体内细胞代谢产生的终产物（代谢废物）以及多余的水分、无机盐排出体外的过程。排遗——将未消化的食物残渣排出体外的过程。强调“代谢产生”与“进入内环境”是判断排泄的核心标准。

   活动二：探寻代谢废物的“出身”

   教师引导：“那么，这些代谢废物具体是在哪里‘诞生’的呢？”展示细胞结构图，重点突出线粒体。引导学生联系呼吸作用公式：有机物+氧气→二氧化碳+水+能量（同时强调，蛋白质等含氮物质分解还会产生尿素等含氮废物）。

   师生共同构建初步认知模型：营养物质和氧气通过消化、呼吸系统进入血液，由循环系统运送给全身细胞；细胞利用它们进行呼吸作用，释放能量，同时产生二氧化碳、水、尿素等代谢废物；这些废物进入组织液，再进入血液，由血液运输到特定的“处理站”。

   设计意图：通过对比分析，精准建构“排泄”这一核心概念，澄清常见误区。将代谢废物的产生追溯到细胞呼吸作用，打通微观（细胞）与宏观（个体）的联系，初步建立物质变化与能量转化的生命观念。

  3.探究归纳，明确途径（预计时间：17分钟）

   活动三：代谢废物的“出海口”在哪里？

   教师提出挑战性任务：“携带了代谢废物的‘血液垃圾运输车’，需要找到身体的‘出海口’将废物卸下排出。身体有哪些‘出海口’？它们分别主要排出哪些废物？”

   学生分组探究：每组发放学习任务单，上有三个子任务。

   子任务1（结合呼吸系统知识）：对着冰冷的玻璃片呼气，观察现象。思考：呼出的气体与吸入的空气相比，成分发生了什么变化？这属于排泄吗？主要排泄了什么废物？（二氧化碳和少量水）

   子任务2（结合生活经验和皮肤结构图）：观察运动前后皮肤的变化。思考：汗液从哪里来？它的主要成分是什么？（水、无机盐、少量尿素）出汗除了调节体温，还有什么作用？（排泄）

   子任务3（提供尿液常规检查报告单简化版）：分析尿液的主要成分。（水、尿素、无机盐等）推测它可能是哪个系统排出的？

   小组合作完成观察、讨论和记录，并派代表分享结论。

   教师利用人体模型，结合学生的分享，系统总结人体排泄的三条主要途径：

   （1）呼吸系统：以气体形式排出二氧化碳和少量水分。

   （2）皮肤：通过汗腺以汗液形式排出部分水、无机盐和少量尿素。

   （3）泌尿系统：以尿液形式排出绝大部分的水、无机盐、尿素等含氮废物。

   强调：泌尿系统是人体最主要的排泄途径，它排出的废物量最大、种类多，对维持内环境稳定起着至关重要的作用。由此自然过渡到对泌尿系统的深入探究。

   设计意图：采用探究任务驱动的小组合作学习，让学生主动发现和归纳知识。通过多感官参与（观察、体验、分析），巩固对不同排泄途径及其排泄物的认识，理解泌尿系统的核心地位。

  4.形成性评价与小结（预计时间：5分钟）

   评价活动：完成学习任务单上的概念图填空第一部分（关于代谢废物定义、产生、排泄概念及三条途径）。教师巡视指导，选取有代表性的作品进行展示和点评。

   课堂小结：教师引导学生用一句话概括本节课的核心认知：“人体细胞在获得能量的同时，产生了代谢废物；这些废物主要通过呼吸、排汗和排尿三种方式排出体外，其中排尿是最重要的方式。”

   布置课后思考：为什么说尿液是反映身体健康状况的“晴雨表”？收集一份家人（或自己）的尿液常规化验单（隐去隐私信息），尝试看看有哪些指标。

  （二）第二课时：聚焦核心，洞察精微——泌尿系统的结构与功能

  1.温故知新，聚焦核心（预计时间：5分钟）

   复习导入：通过快速问答或小游戏（如“判断对错”）回顾上节课核心概念：代谢废物、排泄与排遗的区别、三条排泄途径。

   教师展示上节课留下的问题：“为什么泌尿系统是最主要的排泄器官？它有什么特殊的结构和本领？”展示一组数据对比：正常情况下，人体每天通过尿液排出的水约1500毫升，尿素等废物数十克，而通过汗液排出的水和废物则少得多（运动时除外）。从而强化泌尿系统的核心地位，并提出本课核心问题：“泌尿系统，特别是肾脏，是如何高效地‘净化’血液，形成尿液的？”

  2.宏观到微观，解析结构（预计时间：15分钟）

   活动一：探秘泌尿系统的“流水线”

   教师利用人体半身模型和动画，介绍泌尿系统的组成：肾脏（产生尿液）→输尿管（输送尿液）→膀胱（暂时贮存尿液）→尿道（排出尿液）。强调肾脏是“尿液制造工厂”。

   活动二：解剖观察（或模型观察）“尿液制造工厂”——肾脏

   学生分组观察真实的猪肾剖面或高仿真肾脏模型。教师引导观察步骤：外形（蚕豆状）、颜色（红褐色）、触感（质地柔软但坚韧），重点观察剖面结构：外层颜色较深的皮质、内部颜色较浅的髓质、以及中央的空腔——肾盂。

   提出问题：“尿液是在皮質和髓质中形成的，那么，这个‘工厂’最基本的‘生产车间’是什么？”引出肾单位的概念。

   活动三：构建微观“生产车间”——肾单位模型

   教师展示肾单位的动态三维模型动画，讲解其组成：肾小球（毛细血管球）、肾小囊（包裹肾小球的双层壁结构）、肾小管（细长弯曲的管道）。强调肾小球位于皮质，肾小管部分分布在皮质和髓质。

   学生小组合作，利用教师提供的材料（不同颜色的软管、棉线团代表毛细血管球、透明袋代表肾小囊等）尝试动手拼装一个简易的肾单位物理模型，并在学习任务单上标注各部分名称。教师巡视指导，纠正错误认知。

   设计意图：遵循从宏观到微观的认知规律。实物或模型观察提供直观经验，建立对肾脏的感性认识。肾单位模型的构建活动，将抽象结构具体化、形象化，帮助学生理解其空间构型，为理解功能奠定坚实的结构基础。

  3.动态模拟，揭示原理（预计时间：20分钟）

   活动四：模拟“尿液制造”的两道关键工序——滤过与重吸收

   这是突破难点的关键环节。教师将尿液形成过程类比为城市的“污水净化处理系统”。

   工序一：滤过（类比“粗筛”）

   演示实验：用滴管将混有细小泥沙和染料分子（代表血液中的血细胞、蛋白质、以及小分子物质）的液体，滴加到铺有滤纸的漏斗中。观察：什么被留在了滤纸上？（泥沙、大分子染料）什么穿过滤纸流了下去？（含有小分子染料的水溶液，代表原尿）。

   引导学生将实验装置与肾单位结构对应：漏斗口像肾小囊腔，滤纸像肾小球滤过膜（由毛细血管壁和肾小囊内壁构成），滴加的混合液像入球小动脉流入的血液。流下的滤液像原尿。

   师生总结滤过原理：当血液流经肾小球时，除了血细胞和大分子蛋白质外，血浆中的一部分水、无机盐、葡萄糖、尿素等小分子物质，都可以滤过到肾小囊腔中，形成原尿。强调原尿中不含血细胞和蛋白质，但含有葡萄糖。

   工序二：重吸收（类比“资源回收”）

   提出问题：“原尿每天产生约180升，但我们最终排出的尿液只有约1.5升，而且尿液中没有了葡萄糖。那大量的水和全部的葡萄糖去哪里了？”

   演示或引导学生进行思维实验：想象肾小管周围缠绕着丰富的毛细血管网。播放动画，展示原尿流经漫长而弯曲的肾小管时，管壁细胞像“智能回收工”，将原尿中对人体有用的物质，如全部葡萄糖、大部分水分、部分无机盐，重新吸收回血液。而尿素、多余的无机盐等废物则很少被重吸收或不被吸收。

   提供数据对比表：比较血浆、原尿、终尿的主要成分浓度。引导学生分析数据，验证重吸收过程：葡萄糖在血浆和原尿中有，在终尿中无（证明被全部重吸收）；尿素、无机盐在终尿中浓度远高于原尿（证明水被重吸收后浓缩了废物）。

   师生总结尿液形成全过程：血液→肾小球滤过→形成原尿→肾小管重吸收→形成终尿（尿液）。

   设计意图：运用类比和模拟实验，将微观、动态的生理过程可视化、可感知化。通过分析真实数据，培养证据意识和逻辑推理能力，使学生深刻理解尿液形成的选择性机制，领悟肾单位结构与功能的高度适应性。

  4.联系生活，深化理解（预计时间：12分钟）

   活动五：学以致用，解释现象

   教师提出一系列基于真实情境的问题，组织小组讨论：

   （1）为什么大量出汗后，尿量会减少，而且尿液颜色变深？（出汗多，体内水分减少，通过肾小管重吸收回血液的水分增多，尿量减少，废物被浓缩。）

   （2）糖尿病患者为什么尿液中会出现葡萄糖？（血糖浓度过高，超过肾小管的重吸收能力，部分葡萄糖随尿液排出。）

   （3）为什么医生常通过检查尿液来诊断某些疾病？（肾脏是“过滤器”，尿液成分异常能反映肾脏功能或身体其他部位的代谢问题，如蛋白尿提示肾小球滤过膜受损。）

   （4）肾衰竭病人为什么要做血液透析（人工肾）？（模拟肾脏的滤过功能，清除血液中过多的代谢废物和水分，维持内环境稳定。）

   学生运用本节课所学原理进行分析、推理和解释。教师适时补充相关健康知识，如适量饮水的重要性、憋尿的危害、警惕尿液异常信号等。

   设计意图：将生物学概念与健康生活、医疗技术紧密结合，实现知识的迁移和应用。在解决问题中巩固核心概念，培养科学思维，同时强化健康意识和社会责任，体现生物学课程的育人价值。

  5.总结提升，构建体系（预计时间：8分钟）

   活动六：绘制概念图，构建知识体系

   学生个人或小组合作，完善学习任务单上的完整概念图。概念图应从“新陈代谢”开始，涵盖“代谢废物产生（细胞呼吸）”、“血液循环运输废物”、“排泄途径（三途径）”、“泌尿系统核心结构（肾单位）”、“尿液形成过程（滤过、重吸收）”、“维持内环境稳态”等关键节点和联系。

   教师选取优秀的概念图进行展示，并引导学生用流畅的语言，描述人体从产生代谢废物到排出废物的完整过程，以及排泄对于生命活动的意义。

   最终升华：排泄系统与消化、呼吸、循环系统紧密协作，共同保证了人体内环境的相对稳定（稳态），这是生命得以正常进行的必要条件。

   设计意图：通过构建概念图，将零散的知识点系统化、网络化，促进学生对本章节乃至本单元知识的整体性、结构性理解，达成生命观念的深度建构。

  六、教学评价设计

  本教学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方式。

  （一）过程性评价（占比60%）

  1.课堂观察：记录学生在小组讨论、模型构建、实验探究、问题回答等活动中的参与度、合作精神、思维逻辑和表达能力。

  2.学习任务单评价：检查学生在任务单上完成的观察记录、数据分析、概念图、讨论题答案的质量，评估其知识掌握程度和思维过程。

  3.表现性评价：对小组制作的肾单位模型、最终呈现的概念图、情境问题解释的口头报告等进行评价。

  （二）终结性评价（占比40%）