初中生物学七年级《人体代谢废物的排出》教案

初中生物学七年级《人体代谢废物的排出》教案

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）》为根本遵循，深度融合“生命观念”“科学思维”“探究实践”“态度责任”四大核心素养。教学主题“人体代谢废物的排出”不仅是新陈代谢的终章，更是理解人体作为开放系统、维持内环境稳态的关键节点。设计摒弃传统的知识灌输模式，转向以“稳态与平衡”这一核心概念为统领，以真实情境为锚点，以探究实践为主线，构建“现象观察-模型建构-机制剖析-意义升华”的学习路径。

本设计秉持跨学科融合理念，有机渗透物理学中的“过滤与扩散”原理、化学中的“物质分类与溶剂特性”知识，以及环境科学中的“物质循环”观念，引导学生从多维度审视生命现象。同时，引入数字化实验传感器、3D虚拟解剖软件、微流控芯片模拟装置等现代教育技术手段，将不可视的生理过程转化为可观测、可交互、可量化的学习体验，旨在培养学生的系统思维、建模能力和解决真实问题的科学素养。

二、教学背景与学情分析

教学内容分析：本课内容位于“人体生理与健康”主题脉络之中，上承“人体的营养”、“人体的呼吸”、“人体内物质的运输”，下启“人体生命活动的调节”。教学重点在于阐明泌尿系统作为主要排泄途径的结构与功能适应性，核心是理解肾单位如何通过滤过、重吸收和分泌作用形成尿液。教学难点在于学生需要从微观的细胞生活环境（内环境）角度，理解排泄对于维持水、无机盐平衡及内环境稳态的终极意义，这是一个从具体结构到抽象概念的思维跃迁。

学生情况分析：授课对象为七年级下学期学生。其认知特点如下：

1.已有基础：已掌握消化、呼吸、循环系统的基础知识，理解了营养物质、氧气的吸收与运输，对“新陈代谢”有了初步概念，知道人体会产生“废物”。

2.认知障碍：对废物的具体化学成分（如尿素、尿酸、肌酐）及其来源认识模糊；对排泄（排遗）概念易混淆；难以想象肾脏内部微观的滤过与重吸收过程；尚未建立“内环境”这一核心概念，因此对排泄的深层意义——维持稳态——理解困难。

3.兴趣与能力：好奇心强，对自身身体奥秘有探究欲望，乐于动手操作和小组合作。具备初步的观察、比较和归纳能力，但抽象思维、系统建模和定量分析能力有待在本课中重点培养。

三、教学目标

基于核心素养，制定以下三维整合的教学目标：

1.生命观念

1.通过分析排泄物成分，阐释代谢废物产生的细胞学原因，建立“物质与能量观”。

2.通过剖析肾单位结构与尿液形成过程的对应关系，形成“结构与功能相适应”的观念。

3.通过探讨排泄对维持水盐平衡、酸碱平衡的作用，初步建立“稳态与平衡观”。

2.科学思维

1.能够基于汗液、尿液等样本的初步观察与资料分析，提出关于排泄意义的有价值问题。

2.能够利用物理过滤模型类比肾小球的滤过作用，利用选择性重吸收模型类比肾小管功能，初步掌握模型与建模的科学方法。

3.能够基于数据（如原尿与终尿成分对比表），运用比较、归纳、推理等思维方法，得出“肾小管具有重吸收功能”的结论。

3.探究实践

1.能够小组协作，安全、规范地完成“模拟肾小球滤过作用”的简易物理实验。

2.能够利用数字化传感器（如pH、电导率传感器）定量测量不同液体样本，收集并简单处理数据。

3.能够尝试设计简易方案，探究饮水量的变化对尿液产生的影响。

4.态度责任

1.认同排泄系统是维持生命健康的重要保障，养成适量饮水、及时排尿的良好卫生习惯。

2.关注肾脏健康，了解肾炎、肾衰竭等常见疾病的危害及预防常识，形成珍爱生命、健康生活的态度。

3.初步认识人体排泄物在环境循环中的地位，树立可持续发展的生态责任感。

四、教学重点与难点

1.教学重点：泌尿系统的组成及各部分功能；肾单位的结构；尿液形成的基本过程（滤过和重吸收）。

2.教学难点：从维持内环境稳态的高度理解排泄的意义；肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用的具体机制。

五、教学资源与准备

1.教师准备：

1.课件与软件：交互式教学课件（含3D肾脏解剖动画、尿液形成动态示意图）；人体解剖虚拟现实（VR）或3D软件的肾单位模块。

2.实验材料：“模拟肾单位滤过”实验包（每组：注射器（模拟肾小球）、不同孔径的半透膜或滤纸、烧杯、量筒、混有细沙和可溶性色素（如红墨水）的水溶液（模拟血液））。尿液成分分析试纸（教学演示用）。

3.数字化设备：pH传感器、电导率传感器、数据采集器、平板电脑或连接电脑的显示设备。

4.标本与模型：人体半身模型（突出泌尿系统）、肾单位放大模型。

5.印刷材料：学习任务单、肾单位结构拼图卡片、原尿与终尿主要成分对比数据表。

2.学生准备：

1.复习血液循环途径。

2.预习教材，思考“我们喝的水最终都去哪了？”、“汗和尿有什么不同？”。

3.分组（4-6人一组）。

六、教学流程与实施过程（两课时，共90分钟）

第一课时（45分钟）：感知废物探来源，初识系统明结构

环节一：情境激疑，导入新课（预计用时：8分钟）

教师活动：

1.现象展示：屏幕展示两张图片：一张是运动后衣服上的白色汗渍，另一张是医院尿常规化验单的部分指标（如尿素、肌酐）。

2.提问引导：

1.3.“汗渍为什么会发白？它里面可能含有什么？”

2.4.“化验单上的这些物质是从哪里来的？我们的身体为什么要把它们排出去？”

3.5.“除了汗和尿，人体还通过哪些方式排出废物？”

6.概念辨析：引导学生讨论“排便（排遗）”与“排泄”的区别。明确：排遗是排出未消化的食物残渣（非细胞代谢产物），而排泄是排出细胞代谢产生的废物。引出课题核心——代谢废物的排出。

学生活动：观察图片，联系生活经验（如口渴、出汗），思考并回答问题，参与讨论，明确本课学习主题。

设计意图：从学生熟悉的日常生活和健康检查情境入手，引发认知冲突，激发探究兴趣。通过概念辨析，扫清前概念障碍，精准聚焦“代谢废物”这一核心。

环节二：追根溯源，明晰废物（预计用时：12分钟）

教师活动：

1.引导回顾：提问：“细胞在进行生命活动（如呼吸作用、蛋白质分解）时，会产生哪些‘没用的’或‘有毒的’物质？”引导学生联系呼吸系统（产生二氧化碳）、消化与能量代谢（产生水、含氮废物如尿素）等已有知识。

2.归纳提升：利用概念图或表格，与学生共同总结代谢废物的主要类型、化学本质及来源：

1.3.二氧化碳（呼吸作用产生）。

2.4.水（多种代谢反应产生）。

3.5.含氮废物（如尿素、尿酸，主要来自蛋白质和核酸的分解）。

4.6.多余的无机盐。

7.提出问题链：“这些废物如果堆积在体内会怎样？（影响内环境稳定，中毒）”“人体有哪些‘部门’负责清理这些废物？（引出排泄途径）”

学生活动：回顾旧知，小组讨论，尝试列出已知的代谢废物。在教师引导下，完善对代谢废物系统性认识，理解其产生的必然性和及时排出的必要性。

设计意图：将新知识植根于学生已有的知识网络之中，实现知识的串联。通过构建代谢废物来源的概念图，帮助学生从细胞代谢的微观视角理解排泄的起因，为后续学习排泄途径的意义奠定基础。

环节三：模型观察，建构系统（预计用时：20分钟）

教师活动：

1.系统初探：展示人体半身模型，请学生指认泌尿系统的主要器官（肾脏、输尿管、膀胱、尿道）。播放一段简短的3D动画，展示血液流经肾脏，形成尿液并排出体外的宏观过程。

2.聚焦核心——肾脏：

1.3.分发肾脏冠状切面模型或高清图片，引导学生观察其外形、颜色，触摸模型感受其质地。

2.4.提问：“肾脏为什么是‘红色’的？（血供丰富）”“它的基本结构和功能单位是什么？（肾单位）”

5.微观揭秘——肾单位建模：

1.6.活动：开展“拼装肾单位”小组竞赛。每组一套卡片，上有肾小球、肾小囊、近曲小管、髓袢、远曲小管、集合管等结构名称、简图及功能描述关键词。

2.7.任务：在规定时间内，根据功能描述和结构关系，在桌面上拼出肾单位的正确结构流程图，并选派代表讲解。

3.8.教师点拨：在学生活动基础上，利用3D虚拟解剖软件，动态、分层展示肾单位的立体结构，特别强调肾小球（毛细血管球）与肾小囊（双层壁）构成的“滤过装置”，以及肾小管的漫长而曲折的“加工管道”结构。

9.建立联系：提问：“血液是如何进入每一个肾单位的？（肾动脉→入球小动脉→肾小球）”“形成的尿液如何汇集？（集合管→肾盂→输尿管）”

学生活动：观察模型，观看动画，形成整体印象。积极参与“肾单位拼图”活动，在动手、讨论和讲解中，深入理解肾单位各部分的名称、位置关系和初步功能。观看软件演示，修正和巩固空间结构认知。

设计意图：遵循从宏观到微观、从整体到局部的认知规律。模型观察与动画演示相结合，建立直观印象。“拼图竞赛”活动将枯燥的结构记忆转化为主动的、协作性的探究过程，深化理解。虚拟软件的使用突破了实体模型的局限，实现了对微观结构的可视化、可交互探索。

环节四：课堂小结与任务布置（预计用时：5分钟）

教师活动：

1.小结：用思维导图引导学生回顾本课时核心内容：代谢废物的种类与来源→排泄的概念与途径→泌尿系统的宏观组成→肾脏的核心结构与功能单位（肾单位）。

2.布置任务：

1.3.基础任务：绘制泌尿系统示意图，并标注各部分名称及功能。

2.4.进阶任务（选做）：思考：血液流经肾单位时，到底发生了什么变化？为什么血液中的废物（如尿素）进入了尿液，而血液中的有用物质（如葡萄糖）却没有大量流失？请将你的猜想写下来或画出来。

学生活动：跟随教师回顾，梳理知识框架。记录课后任务。

设计意图：结构化小结帮助学生构建初步的知识体系。分层作业既巩固了基础知识，又为下一课时的深度学习设置了悬念和铺垫，引导学有余力的学生进行前瞻性思考。

第二课时（45分钟）：探究尿液形成机制，领悟排泄稳态意义

环节一：实验探究，模拟滤过（预计用时：15分钟）

教师活动：

1.回顾与设问：简要回顾上节课内容，展示学生关于“尿液如何形成”的猜想。引出核心问题：“肾小球像一个‘筛子’，它是如何工作的？”

2.介绍实验：讲解“模拟肾小球滤过作用”实验。

1.3.模拟关系：注射器内腔模拟肾小球毛细血管腔，注射器活塞压力模拟血压，半透膜/滤纸模拟肾小球滤过膜（基膜），混有细沙（模拟血细胞、大分子蛋白质）和可溶性色素（模拟小分子物质如葡萄糖、尿素、无机盐）的溶液模拟血液。

2.4.操作与观察：学生分组实验：将混合液倒入装有半透膜的注射器前端，缓慢推动活塞，观察滤出液（模拟原尿）与残留液的颜色和成分差异。

5.引导分析：

1.6.“滤出液中有什么？（可溶性色素/水、小分子溶质）没有什么？（细沙/大颗粒）”

2.7.“推动活塞的‘压力’在这个模型中起什么作用？（滤过的动力，类比血压）”

3.8.“半透膜的特性是什么？（允许小分子通过，阻止大分子通过）这与肾小球滤过膜的功能有何相似之处？”

学生活动：分组合作，动手实验，认真观察并记录现象。分析实验结果，尝试用模型原理解释肾小球的滤过作用：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）透过肾小球滤过膜进入肾小囊腔，形成原尿；而血细胞和大分子蛋白质则被留在血液中。

设计意图：通过简便可行的物理模拟实验，将抽象不可见的微观生理过程转化为具体可见的现象。学生在动手操作和现象分析中，自主建构对“滤过”这一核心机制的理解，深刻体会“结构与功能相适应”——滤过膜的选择透过性。

环节二：数据分析，揭秘重吸收（预计用时：15分钟）

教师活动：

1.提出新矛盾：展示科学数据对比表（每100mL液体中成分含量）：

成分

血浆(mg)

原尿(mg)

终尿(mg)

葡萄糖

100

100

0

蛋白质

7000

0

0

尿素

30

30

2000

尿酸

5

5

50

肌酐

1

1

150

钠离子

320

320

350

水

大量

大量

少量（浓缩）

2.引导推理：

1.3.“对比原尿和终尿，哪种物质完全消失了？（葡萄糖）这说明它去了哪里？（被重新吸收回血液）”

2.4.“尿素、尿酸、肌酐的浓度发生了什么变化？（大大增加）这意味着什么？（水被大量重吸收，废物被浓缩）”

3.5.“对比原尿和血浆，哪种物质含量相差巨大？（蛋白质）这印证了我们实验的哪个结论？（大分子蛋白质不被滤过）”

6.归纳与讲解：在学生分析基础上，总结肾小管和集合管的重吸收与分泌作用。

1.7.重吸收：将原尿中全部的葡萄糖、大部分的水和部分无机盐等有用物质，重新吸收回包绕在肾小管外的毛细血管血液中。这是一个需要消耗能量的主动运输过程。

2.8.分泌：将血液中一些多余的离子（如H+、K+）和药物等物质，主动分泌到肾小管液中。

3.9.最终，原尿经过“加工”，浓缩成为终尿。

10.动态演示：播放尿液形成全过程的动态示意图，将滤过、重吸收、分泌三个过程连贯展示，并标明发生的主要部位及物质流向。

学生活动：仔细观察数据表，进行横向（同成分在不同液体中）和纵向（不同成分在同一液体中）对比。小组讨论，根据数据变化提出合理解释，推断肾小管的功能。在教师引导下，形成对尿液形成完整过程的科学认知。

设计意图：运用真实的科学数据进行教学，培养学生处理信息、基于证据进行科学推理的能力。数据本身制造认知冲突（葡萄糖消失、尿素浓缩），驱动学生主动思考，自主发现“重吸收”这一关键环节，使知识生成过程更具挑战性和成就感。

环节三：稳态透视，意义升华（预计用时：10分钟）

教师活动：

1.跨学科联系：提问：“肾小管重吸收水分的多少是如何调节的？这与我们学习过的哪种物理过程有关？（渗透作用）当我们喝水少或出汗多时，身体如何通过调节尿量来维持水分平衡？（引出抗利尿激素等调节机制，为后续课程做铺垫）”

2.稳态观念建构：

1.3.阐述排泄系统与循环系统、呼吸系统、消化系统的协同关系。

2.4.提出核心观念：排泄的根本意义在于维持机体内环境的稳态。即通过排出代谢废物（如尿素、二氧化碳）、调节水和无机盐的平衡、维持血液pH的相对稳定，为细胞生活提供稳定适宜的环境。

5.健康与责任教育：

1.6.健康习惯：讨论“憋尿的危害”、“每日适量饮水的重要性”、“如何通过观察尿液颜色初步判断身体水分状况”。

2.7.肾脏健康：简介常见肾脏疾病（如肾炎）的成因及预防，强调定期体检、避免滥用药物对保护肾脏的意义。

3.8.生态视角：简要探讨人体排泄物在自然界的循环（如氮循环），引导学生从更宏大的生态系统中看待生命活动，树立可持续发展观。

学生活动：倾听、思考，联系物理、化学知识理解调节机制。参与健康话题讨论，分享看法。从个体健康上升到对生命系统与生态环境关系的思考。

设计意图：将知识点提升到生命观念的高度，实现教学目标的升华。跨学科联系使学生知识网络更融通。结合健康教育与生态教育，落实“态度责任”素养，使生物学学习回归生活、服务生活，并培养学生作为社会公民的责任感。

环节四：总结评价与拓展延伸（预计用时：5分钟）

教师活动：

1.体系化总结：引导学生共同绘制本节课的概念图，核心为“尿液的形成”，分支包括：动力（血压）、结构基础（肾单位）、两个关键过程（滤过、重吸收与分泌）、最终结果（形成终尿）、核心意义（维持内环境稳态）。

2.课堂即时评价：出示2-3道紧扣重难点的选择题或简答题，通过全体学生手势反馈或小组抢答进行快速检测。

3.布置分层作业：

1.4.必做：完成学习任务单上的巩固练习；用流程图或漫画形式描述尿液形成的过程。

2.5.选做（项目式学习长作业）：“设计一个科普小实验或制作一个科普微视频，向小学生解释‘我们为什么要喝水、为什么会排尿’。”或“调查家中一周的用水情况，估算人体通过排泄排出的水量，撰写一份关于‘水与生命’的简短报告。”

学生活动：参与构建概念图，完成课堂快速反馈。记录分层作业。

设计意图：概念图帮助学生将零散知识系统化、结构化。即时评价反馈教学效果。分层和项目式作业将学习从课堂延伸到课外，鼓励创新实践和跨学科整合，满足不同层次学生的发展需求。

七、教学评价设计

本教学评价贯彻“教-学-评”一致性原则，采用多元、全程的评价方式。

1.过程性评价（占比60%）：

1.课堂观察：教师记录学生在小组讨论、实验探究、模型拼装、数据分析、回答问题等环节的参与度、合作精神、思维活跃度和科学语言表达情况。

2.学习任务单：检查学生在任务单上记录的实验现象、数据分析结论、概念图绘制等内容，评价其学习过程的质量。

3.作品评价：对“肾单位拼图”成果、尿液形成流程图/漫画、以及选做的项目式学习成果进行评价，关注其科学性、创造性和完整性。

2.总结性评价（占比40%）：

1.单元测验：设计包含选择题、识图题、资料分析题和简答题的测验卷，全面考查学生对核心概念、关键过程和生命观念的理解与应用。

2.核心概念表述：要求学生书面阐述“排泄如何维持内环境稳态”，评估其高阶思维和观念建构水平。

评价量表（示例：用于小组实验探究环节）

评价维度

优秀（4-5分）

良好（3分）

需努力（1-2分）

实验操作

操作规范、熟练，注重安全，器材整理有序。

操作基本规范，能完成实验。

操作有误，需他人多次帮助。

观察记录

观察细致，记录准确、完整、清晰。

能观察到主要现象，记录基本完整。

观察马虎，记录缺失或错误多。

数据分析与结论

能准确分析现象/数据，得出合理结论，并能用学科术语解释。

能在引导下分析现象/数据，得出基本结论。

分析困难，结论与证据不符。

团队合作

积极参与，分工明确，协作高效，能倾听并整合组员意见。

能参与合作，完成分配任务。

参与度低，合作意识薄弱。

八、板书设计（提纲式与概念图结合）

左侧主板（提纲式）：

人体代谢废物的排出

一、何为代谢废物？

来源：细胞代谢→类型：CO₂、H₂O、尿素、多余无机盐…

二、排泄系统（泌尿系统）

1.组成：肾脏（产生）→输尿管（输送）→膀胱（贮存）→尿道（排出）

2.核心：肾脏→肾单位（基本单位）

三、尿液如何形成？（在肾脏内）

3.肾小球滤过作用：血→原尿（动力：血压；结构：滤过膜）

4.肾小管重吸收与分泌作用：原尿→终尿

*重吸收：全部葡萄糖、大部分水、部分无机盐（回血液）

*分泌：部分离子、药物等（入尿液）

四、意义：排出废物，调节水盐平衡→维持内环境稳态

右侧副板（动态生成概念图）：

（随教学进程，与学生共同绘制）

代谢废物

↓

排泄系统

/|\

呼吸(CO₂)皮肤