初中七年级生物《揭秘生命之泉：尿液的形成与排出》教学设计

初中七年级生物《揭秘生命之泉：尿液的形成与排出》教学设计

  一、教学背景与学情深度分析

  本教学设计基于《义务教育生物学课程标准（2022年版）》的核心素养要求，针对冀少版初中生物学七年级下册第四单元“生物圈中的人”中“人体内废物的排出”这一关键章节展开。尿液的形成与排出是人体维持内环境稳态的核心生理过程之一，其原理涉及结构与功能观、物质与能量观等生命观念，是培养学生科学思维、探究实践能力和社会责任感的重要载体。

  授课对象为七年级下学期学生。经过近一年的生物学学习，学生已初步掌握显微镜使用、细胞基本结构、人体各大系统概述等知识，具备一定的观察、比较和推理能力。他们对自身的生理现象充满好奇，但对人体内部微观、动态的生理过程缺乏直观认识。“尿液”这一话题虽源于日常生活，但其形成机制抽象复杂，涉及肾单位显微结构、血液循环、选择性重吸收等跨模块知识，学生容易产生畏难情绪。同时，该年龄段学生抽象逻辑思维正在发展，热衷于动手实践和数字化学习，但将微观结构与宏观功能相联系、将动态过程进行模型化理解的能力仍有待提升。因此，教学需在激发兴趣的基础上，搭建从宏观到微观、从静态到动态、从现象到本质的认知阶梯，充分利用可视化技术、模型构建和探究活动，化抽象为具体，引导学生自主建构概念。

  二、核心素养导向的教学目标

  基于以上分析，确立如下三维融合核心素养教学目标：

  （一）生命观念

  1.结构与功能观：通过观察肾单位模型与示意图，准确指认肾小球、肾小囊、肾小管等主要结构，并能阐释其与过滤、重吸收、分泌功能相适应的特点（如肾小球毛细血管壁与肾小囊内壁构成过滤膜；肾小管外绕毛细血管网利于物质交换）。

  2.物质与能量观：能描述血液流经肾单位时，水、无机盐、葡萄糖、尿素等物质的变化路径与去向，理解尿液形成是机体排出代谢废物、维持水和无机盐平衡的重要途径，初步认识生命系统在物质交换中实现自我更新。

  （二）科学思维

  1.模型与建模：能够利用给定材料合作制作简易肾单位动态功能模型，模拟尿液形成的两个关键步骤（肾小球的过滤作用与肾小管的重吸收作用），并运用模型解释尿液成分变化的原因。

  2.归纳与演绎：通过分析“血浆、原尿、尿液成分对比表”的实验数据，归纳过滤液与原尿、原尿与尿液在成分和量上的差异，并演绎推理出肾小管重吸收作用的选择性特点。

  3.批判性思维：能够针对“多喝水多排尿对身体是好是坏？”“为什么糖尿病患者尿液会吸引蚂蚁？”等真实情境问题，运用所学原理进行科学分析和判断。

  （三）探究实践

  1.能够设计并实施简单的模拟实验（如使用不同孔径的筛网模拟过滤膜），探究过滤作用的物理原理。

  2.能够使用虚拟仿真软件或交互式动画，动态跟踪血液中某一特定物质（如一个尿素分子）在肾单位中的“旅程”，记录其状态变化。

  3.在模型制作与展示过程中，发展动手操作、团队协作与交流表达能力。

  （四）态度责任

  1.通过了解肾脏疾病的危害（如尿毒症）及其治疗手段（如血液透析），形成关爱身体健康、珍爱生命的意识，养成良好的饮水与生活习惯。

  2.通过探讨人体排泄系统对环境的影响（如污水处理），初步树立人与自然和谐共生的生态观和社会责任感。

  三、教学重难点及其突破策略

  （一）教学重点

  1.肾单位的结构与功能。

  2.尿液形成过程的两个核心环节：肾小球的过滤作用和肾小管的重吸收作用。

  （二）教学难点

  1.从微观和动态角度理解肾单位各结构在尿液形成过程中的协同作用。

  2.理解肾小管重吸收作用的选择性及其对维持内环境稳态的意义。

  （三）突破策略

  1.针对难点一，采用“宏观导入→微观探秘→动态还原”的认知路径。首先从学生每日排尿的日常体验入手，引出泌尿系统宏观结构；再利用高分辨率肾单位3D解剖模型进行虚拟“拆解”与观察，厘清结构关系；最后通过高保真生理过程动画，将静态结构串联成连续的动态过程，直观展示血液流动与物质交换。

  2.针对难点二，设计“数据对比分析→概念建模→类比迁移”的思维训练。提供成分对比表引导学生发现差异；通过制作动态功能模型，亲手模拟“抓取”（重吸收）有用物质的过程；联系生活中“筛沙留石”、“智能分拣快递”等经验进行类比，深化对“选择性”的理解。

  四、教学准备与资源整合

  （一）教师准备

  1.多媒体课件：包含泌尿系统宏观解剖图、肾单位3D旋转模型、尿液形成过程分步解析动画、血液透析原理视频、成分对比数据图表等。

  2.虚拟实验平台：接入或预先好肾脏生理仿真实验软件，设置好“物质追踪”探究任务。

  3.模型制作材料包（每组一套）：透明塑料软管（模拟血管和肾小管）、细孔纱布/咖啡滤纸（模拟过滤膜）、不同颜色和大小的小珠子（分别模拟血细胞、大分子蛋白质、葡萄糖、尿素、无机盐等）、小网兜或带夹子的塑料杯（模拟重吸收）、红色和蓝色液体（模拟动脉血和静脉血）等。

  4.实物模型：肾脏冠状切面放大模型、肾单位实物模型。

  5.评价工具：课堂即时反馈系统（如答题器或在线问卷）、小组模型评价量规、学习任务单。

  （二）学生准备

  1.复习血液循环途径、毛细血管的物质交换特点。

  2.预习课本相关内容，记录下关于尿液形成的疑惑。

  3.分组（4-6人一组），明确组内分工（记录员、操作员、汇报员等）。

  五、教学过程实施与环节设计

  （一）第一课时：结构奠基——探秘泌尿系统与肾单位

  环节一：情境激疑，定标导学（预计时间：8分钟）

  教师活动：播放一段精心剪辑的短片，内容涵盖：运动员大量出汗后喝水补充、婴儿使用纸尿裤、医院检验科进行尿常规检测、沙漠中骆驼保存水分的独特能力等多样化场景。随后，呈现核心驱动性问题链：“水在我们体内经历了怎样的旅程？为什么我们喝进去的清水，排出来却是黄色的尿液？尿液里究竟有什么？它的‘制造工厂’在哪里，又是如何‘生产’出来的？”

  学生活动：观看短片，联系生活经验，产生强烈认知冲突与探究欲望。在教师引导下，初步讨论，明确本课核心学习任务：揭秘尿液的形成与排出。

  设计意图：从多维度真实情境切入，迅速聚焦“水代谢”和“废物排出”这一生命主题，激发兴趣。驱动性问题将宏观现象与微观机制相联系，为本单元学习提供清晰的问题导向和情感动力。

  环节二：宏观初识，系统建模（预计时间：12分钟）

  教师活动：引导学生对照人体解剖图或自身触摸，指出泌尿系统的主要器官：肾脏（产生尿液）、输尿管（输送尿液）、膀胱（储存尿液）、尿道（排出尿液）。强调肾脏是核心器官。展示肾脏冠状切面模型，引导学生观察其外形、颜色，识别皮质、髓质、肾盂等宏观结构。提出问题：“尿液是在肾脏的什么部位产生的？最小的功能单位是什么？”

  学生活动：在课本或学习任务单的示意图上标注各器官名称和功能。观察肾脏模型，描述其形态特征。根据预习或阅读教材，得出“肾单位是肾脏结构和功能的基本单位”这一结论。

  设计意图：建立从系统到器官的宏观认知框架，理解泌尿系统各部分的协同关系。将焦点引向肾脏内部结构，为进入微观世界做好铺垫。

  环节三：微观探析，厘清结构（预计时间：20分钟）

  教师活动：这是本课时的核心环节。首先，利用3D交互式肾单位模型，进行“虚拟解剖”。逐步高亮显示：肾小球（强调其是一团毛细血管球）、肾小囊（内壁、外壁、囊腔）、肾小管（近曲小管、髓袢、远曲小管）。引导学生重点观察：肾小囊如何包裹肾小球形成“双壁滤过结构”；肾小管是否中空、其外是否缠绕毛细血管网。同步呈现电子显微镜下的真实肾小球、肾小管切片图像，增强真实感。接着，分发肾单位实物模型或结构拼接图，组织小组进行“结构拼装大赛”或“你指我认”活动。

  学生活动：跟随教师引导，在虚拟模型中多角度观察肾单位各部分的形态、位置关系。通过观察，描述“肾小球像毛线团被肾小囊包裹着”、“肾小管又长又弯曲，外面有很多毛细血管”等特征。小组合作，利用实物模型进行组装或指认，巩固对肾小球、肾小囊、肾小管及其关联血管（入球小动脉、出球小动脉、肾小管外毛细血管网、收集管）的空间结构认知。

  设计意图：利用先进的可视化技术突破微观结构不可见的障碍，提供沉浸式观察体验。从虚拟到实物的操作，将抽象结构具体化，通过触觉和视觉双重编码加深记忆，为理解功能奠定坚实的结构基础。

  环节四：首尾呼应，总结展望（预计时间：5分钟）

  教师活动：回归课初问题：“尿液的‘制造工厂’最小车间——肾单位，我们已经找到了。它里面的‘生产线’是如何运作的？下节课，我们将化身‘血液成分侦探’，追踪一个尿素分子的奇幻漂流，亲自模拟这条神奇的生产线！”

  学生活动：回顾本课所学，明确肾单位是尿液形成的场所，并对其复杂精细的结构产生赞叹，同时充满期待地预习下节课的动态过程。

  设计意图：总结巩固，形成课时闭环。以富有悬念和故事性的语言预告下节课内容，保持学习热情的延续性。

  （二）第二课时：过程探究——模拟尿液形成动态机制

  环节一：温故引新，聚焦过程（预计时间：5分钟）

  教师活动：快速展示肾单位结构图，进行“闪电回忆”抢答，复习关键结构名称。提出过渡问题：“结构是功能的基础。这个精巧的肾单位，是如何将血液变成尿液的？这个过程可以分成哪几个关键步骤？”引导学生阅读教材，初步概括出“过滤”和“重吸收”两个核心词。

  学生活动：积极参与抢答，巩固上节课知识。阅读教材，找出关键词，初步感知尿液形成的两阶段。

  设计意图：快速激活旧知，顺畅衔接新旧知识。引导学生从结构学习自然过渡到功能探究，明确本课时学习焦点。

  环节二：初探过滤——当血液流经肾小球（预计时间：15分钟）

  教师活动：播放第一段高精度动画：血液（含血细胞、蛋白质、葡萄糖、尿素、水、无机盐等）从入球小动脉流入肾小球毛细血管网。动画突出显示：由于血压作用，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、尿素等物质，透过毛细血管壁和肾小囊内壁，滤过到肾小囊腔内，形成原尿。动画暂停，提问：“滤出的液体叫什么？它的成分和血液相比，主要少了什么？为什么这些物质没被滤出？”随后，组织学生进行“模拟过滤”小实验：提供不同孔径的筛网（代表过滤膜）、混合了黄豆（模拟血细胞）、绿豆（模拟蛋白质）、沙粒（模拟小分子物质）的混合物，让学生尝试分离。

  学生活动：观看动画，直观理解肾小球过滤作用的动态过程和结果。回答：滤出液叫原尿；原尿中不含血细胞和大分子蛋白质；因为它们个头太大，无法通过过滤膜。进行模拟实验，直观体验“筛子”原理，理解过滤的物理本质是基于分子大小的选择性透过。

  设计意图：动画将微观、高速的过滤过程可视化、慢速化。模拟实验将抽象原理转化为可操作的具身体验，深化对过滤作用“筛留大分子，滤出小分子”特点的理解。

  环节三：深究重吸收——原尿的“精华回收”之旅（预计时间：25分钟）

  教师活动：这是突破重难点的核心环节。首先，呈现“血浆、原尿、尿液成分对比表”，引导学生小组合作分析数据，发现关键差异：1.原尿与血浆相比，无蛋白质和血细胞；2.尿液与原尿相比，无葡萄糖，尿素、无机盐浓度显著增高，水量大幅减少。提出问题链：“葡萄糖去哪儿了？为什么尿液中没有了？水、无机盐为什么变浓了？尿素浓度为什么也升高了？”

  接着，播放第二段动画：原尿流经漫长曲折的肾小管。动画生动展示，肾小管上皮细胞如同“智能搬运工”，主动将原尿中全部的葡萄糖、大部分水、部分无机盐等重新吸收回包裹在肾小管外的毛细血管血液中。而尿素等废物则很少被重吸收，同时，肾小管上皮细胞还能将血液中的一些多余物质（如氢离子、钾离子）分泌到尿液中。最终，剩下的液体便是终尿。

  然后，发起“模型建构挑战”：各小组利用材料包，合作制作一个能动态演示过滤和重吸收两个过程的简易肾单位功能模型。要求：能用不同颜色的珠子代表不同物质，模拟它们在肾小球处的分离（过滤），以及在肾小管处有用物质被“回收”（重吸收）的过程。

  学生活动：分析数据，通过计算和比较，发现葡萄糖被完全重吸收、水被大部分重吸收、尿素被浓缩等事实，从而推理出肾小管具有“选择性重吸收”功能。观看动画，理解重吸收和分泌的动态细节。小组合作动手制作模型：用细孔纱布过滤混合珠子，模拟肾小球过滤；用小网兜或夹子从流过塑料管（肾小管）的珠子中，“抓回”代表葡萄糖和部分水、无机盐的珠子，放回代表毛细血管的另一个容器，模拟重吸收。过程中不断讨论、调试，并用模型向其他组演示讲解。

  设计意图：数据分析培养学生基于证据的科学推理能力。动画进一步细化过程。模型制作是最高形式的思维外化与能力整合，学生必须将静态知识转化为动态操作，深刻理解两个过程的顺序性、选择性和物质流向，在“做中学”中化解难点，培养建模思维和团队协作能力。

  环节四：整合迁移，概念升华（预计时间：10分钟）

  教师活动：邀请1-2个优秀小组展示并解说他们的动态模型。教师结合学生模型和标准动画，带领学生共同梳理并绘制“尿液形成过程概念图”或思维导图，明确标注出血液、原尿、尿液的成分变化，以及过滤、重吸收、分泌发生的位置和物质流向。随后，呈现拓展情境进行迁移应用：1.急性肾炎患者出现血尿、蛋白尿，分析可能是肾单位的哪个结构出现了问题？2.糖尿病患者出现糖尿，并多尿，原因是什么？3.为什么大量出汗后尿液会减少变黄？

  学生活动：参与展示和评价。在教师引导下，共同构建完整的概念图，形成系统认知。运用刚学到的原理，分析真实病理或生理现象，进行解释和判断。

  设计意图：通过展示促进交流互评，完善认知。构建概念图有助于将零散知识系统化、网络化。情境迁移应用检验学习效果，促进知识向能力的转化，体现生物学知识的实用价值，培养健康生活观念。

  （三）第三课时：拓展延伸——稳态意义与社会责任

  环节一：系统整合与排出路径（预计时间：10分钟）

  教师活动：简要回顾尿液在肾单位形成后，如何经由收集管汇集到肾盂，再通过输尿管输送到膀胱暂时贮存，当达到一定量时，通过神经系统调节，尿道括约肌放松，尿液排出体外。强调排尿是受意识控制的反射活动，引导学生理解及时排尿的重要性。可通过简短动画展示这一通路。

  学生活动：跟随梳理尿液从形成到排出的完整路径，理解泌尿系统工作的整体性。

  设计意图：完善对整个泌尿系统功能的认识，将肾单位的功能与系统的最终排泄行为联系起来。

  环节二：稳态捍卫者——肾脏的意义（预计时间：15分钟）

  教师活动：提出核心议题：“尿液形成仅仅是排出废物吗？它对维持人体内环境稳定有何深远意义？”组织学生小组讨论，引导从以下角度思考：1.排除代谢废物（尿素、尿酸等）；2.调节水分平衡（通过重吸收水量）；3.调节无机盐平衡（如钠、钾离子）；4.维持酸碱平衡（通过分泌氢离子等）。总结：肾脏是至关重要的“体内环境清洁工和调节师”。

  随后，播放介绍“尿毒症”和“血液透析”原理的科普视频。提出问题：“血液透析机相当于模拟了肾脏的什么功能？它的透析膜相当于肾单位的哪些结构？为什么患者需要定期透析？”引导学生将人工装置与生物学原理相联系。

  学生活动：小组讨论，综合运用知识，阐述尿液形成在维持内环境稳态方面的多重作用。观看视频，了解肾脏疾病的严重后果及现代医疗手段，理解血液透析是对肾小球过滤功能的体外模拟，深刻体会健康肾脏的宝贵。

  设计意图：将知识提升到生命观念的高度，深刻理解排泄行为对于生命系统的核心价值。通过了解疾病与治疗，进行深刻的生命教育，增强健康意识，同时感受科学技术对人类的贡献，体现科学、技术、社会的联系。

  环节三：社会责任与生态视角（预计时间：15分钟）

  教师活动：将视角从个体拓展到群体和社会。提出问题：“人体的排泄物最终去向哪里？它与环境保护有何关系？”展示城市污水处理厂的简化流程图，简要讲解如何通过物理、生物、化学方法将生活污水（包括尿液）净化，实现水资源的循环利用。引导学生讨论：作为社会一员，我们在保护水资源、减少水体污染方面可以做什么？（如节约用水、不乱扔药物以免其随尿液排出污染水源、使用环保清洁剂等）。

  学生活动：思考排泄物与环境的关联，了解污水处理的基本理念，认识到个人行为对环境的影响，讨论并承诺可行的环保行动。

  设计意图：培养学生的生态意识和社会责任感，将生物学学习与环境保护这一全球性议题相结合，体现课程育人价值，引导学生成为负责任的地球公民。

  环节四：单元总结与评价反馈（预计时间：5分钟）

  教师活动：引导学生回顾本单元从结构到过程、从个体到系统的学习历程，完成最终的概念体系构建。发布课后拓展探究项目（详见第六部分），并利用在线测评系统进行简短的形成性测验，即时反馈。

  学生活动：进行知识梳理，参与测验，查漏补缺。

  设计意图：巩固整个单元的学习成果，提供多元评价方式，为后续学习指明方向。

  六、教学评价与反馈设计

  本教学设计采用贯穿教学全过程、多维度的评价体系：

  1.过程性评价：

   （1）课堂观察：记录学生在提问、讨论、模型制作、展示环节的参与度、思维深度、合作能力。

   （2）学习任务单：检查学生在各个环节的数据分析、图表绘制、问题回答情况。

   （3）模型作品评价：使用量规从科学性（结构、过程模拟准确性）、创新性（材料运用、演示方式）、协作性（小组分工合作）、表达性（讲解清晰度）四个维度进行小组互评和教师评价。

  2.总结性评价：

   （1）单元结束后的纸笔测试：包含概念辨析、结构识图、过程排序、数据分析、情境应用题等，全面考察知识掌握与应用能力。

   （2）拓展项目成果评价