初中七年级生物学《人体代谢废物的排出》单元教案

初中七年级生物学《人体代谢废物的排出》单元教案

一、单元整体解读与设计理念

（一）单元内容在课标与知识体系中的定位

本单元隶属于“生物圈中的人”这一核心主题，对应于《义务教育生物学课程标准（2022年版）》中“人体通过循环、呼吸、消化、泌尿等系统参与物质运输、能量利用和废物排出”的具体要求。从学科知识体系来看，它是学生理解“人体的结构与功能相适应”、“人体是一个统一整体”等生命观念的关键节点。学生在学习了消化系统（物质摄取与转化）、呼吸系统（气体交换）、循环系统（物质运输）之后，自然过渡到代谢废物的处理与排出，逻辑链条完整，是构建人体新陈代谢完整认知的收官环节。

（二）核心概念与跨学科视角

核心概念：

1.排泄：机体将代谢终产物、过剩物质及有害物质经由血液循环运送到排泄器官并排出体外的过程。

2.排泄系统（以泌尿系统为核心）：由肾脏、输尿管、膀胱、尿道组成的结构和功能体系。

3.肾单位：肾脏结构与功能的基本单位，是尿液形成的微观场所。

4.尿液的形成：包括肾小球的滤过作用（形成原尿）和肾小管的重吸收、分泌作用（形成终尿）。

5.排泄的调节与意义：维持机体内环境（如水、无机盐、酸碱度）的相对稳定（稳态）。

跨学科视野：

1.化学视角：尿素等含氮废物的分子结构、形成过程（蛋白质代谢）、溶解与沉淀（与肾结石相关）。

2.物理学视角：渗透压、滤过压、扩散作用在尿液形成过程中的原理。

3.健康与医学视角：肾脏健康与生活方式（饮水、饮食）、常见泌尿系统疾病（肾炎、肾结石、尿毒症）的成因与预防、血液透析的原理。

4.工程与技术视角：人工肾（透析机）的仿生学设计与技术原理，体现“结构与功能相适应”在工程中的应用。

（三）设计理念

本教案以“发展学生核心素养”为根本目标，摒弃传统的知识点罗列式教学，采用“情境-问题-探究-应用-评价”的深度学习模式。我们将创设“人体内的清洁工厂”这一核心大情境，将泌尿系统比作一个高度自动化、智能化的环保处理厂。通过驱动性问题链，引导学生像生物学家一样思考、像工程师一样设计、像医生一样分析，在主动探究中构建概念、发展科学思维、形成健康生活的社会责任。

二、学习者分析（学情分析）

（一）已有知识基础

1.已有概念：七年级学生已初步了解细胞产生废物，知道呼吸排出二氧化碳，皮肤出汗，有日常排尿的生活经验。已学习血液循环的路径，知道血液运输物质。

2.前置知识：掌握了动植物细胞的基本结构，理解了消化、呼吸、循环系统的基本功能，具备了“结构功能观”的初步意识。

（二）认知特点与潜在困难

1.特点：形象思维向抽象逻辑思维过渡，对微观、动态的生理过程（如滤过、重吸收）理解存在困难。热衷于动手实验和模型构建。

2.潜在迷思概念：

1.3.混淆“排泄”与“排遗”（排便）。

2.4.认为尿液是直接由血液“简单分离”出来的。

3.5.认为尿的成分就是“水加毒素”，忽略其中精细的调节过程。

4.6.认为肾脏只负责排尿，忽略其在维持内环境稳定中的核心作用。

7.技能起点：具备初步的显微镜操作、图表解读和小组合作能力，但科学探究的设计与分析能力、跨学科知识整合能力有待提升。

三、单元教学目标

（一）生命观念

1.阐明泌尿系统的组成及各部分功能，认同“结构与功能相适应”是生物体的基本观点。

2.描述尿液形成的过程，理解肾脏在维持水、无机盐平衡等内环境稳态中的核心作用，初步形成“稳态与平衡观”。

3.从个体层面理解排泄的意义，并延伸到生物圈层面，认识人体作为开放系统参与物质循环。

（二）科学思维

1.能够通过分析图表（如尿液成分数据表、肾单位结构模式图），归纳总结尿液形成过程中物质的变化规律。

2.能够基于“滤过”和“重吸收”的原理，设计简易模型或模拟实验，并解释其工作过程。

3.运用比较、归纳、演绎等思维方法，区分排泄与排遗，比较不同排泄途径的异同。

4.能够基于证据（如临床化验单）进行推理，对简单的泌尿系统健康问题做出合理假设和分析。

（三）探究实践

1.能够合作完成“观察肾脏的外部与内部结构”、“模拟肾小球的滤过作用”等实验，客观记录现象，分析实验结果。

2.能够针对“饮水多少对尿量的影响”等真实问题，尝试设计简单的探究方案。

3.能够利用数字资源（如肾脏工作动态模拟软件、3D解剖模型）进行自主探究学习。

（四）态度责任

1.关注肾脏健康，养成主动饮水、合理膳食的良好生活习惯，并能向他人宣传相关健康知识。

2.认同科学技术的发展（如血液透析、人工肾）对维护人类健康的重要价值。

3.激发探索人体奥秘的兴趣，体验人体结构和生理机制的精密与奇妙。

四、教学重点与难点

1.教学重点：

1.2.泌尿系统的组成和功能。

2.3.肾单位的结构。

3.4.尿液形成的过程（滤过和重吸收）。

5.教学难点：

1.6.肾单位微观结构的空间想象与理解。

2.7.尿液形成过程中，血液、原尿、终尿成分的动态变化及原因分析。

3.8.肾脏在维持内环境稳态中调节作用的机理理解。

五、教学资源与环境

1.实验材料：新鲜的猪或羊肾脏（纵向剖开）、解剖盘、镊子、解剖针、放大镜；肾单位微观结构永久装片、显微镜；滤纸、漏斗、烧杯、泥沙混合物、清水（模拟滤过实验）。

2.数字资源：肾脏3D交互解剖软件、尿液形成动态模拟动画、血液透析原理科普视频。

3.图表与模型：泌尿系统结构挂图/板图、肾单位立体模型、血液/原尿/终尿成分对比表。

4.评估工具：课堂观察记录表、小组合作评价量规、概念图绘制模板、单元学习反思日志。

六、单元教学整体规划（共4课时）

1.第1课时：认识人体的“清洁工厂”——排泄概述与泌尿系统组成

2.第2课时：探秘“工厂核心车间”——肾脏与肾单位的微观结构

3.第3课时：解码“净化流水线”——尿液的形成过程与调节

4.第4课时：守护“工厂”健康——其他排泄途径、卫生保健与科技应用

七、分课时教学实施详案

第1课时：认识人体的“清洁工厂”——排泄概述与泌尿系统组成

（一）创设情境，驱动问题导入

【情境呈现】播放一段快节奏的都市夜景与人体内部细胞繁忙代谢的动画交织视频，配上画外音：“城市每天产生巨量垃圾，需要高效的清洁系统。我们体内数以万亿的细胞，每时每刻也在进行生命活动，产生‘代谢垃圾’。如果这些垃圾堆积，细胞就会‘中毒’，城市就会瘫痪。我们身体里，有一座24小时不间断工作的、世界上最精密的‘清洁工厂’。”

【驱动问题】

1.我们身体产生的“代谢垃圾”主要有哪些？（联系呼吸、消化系统知识）

2.这些“垃圾”是通过哪些“途径”运出体外的？

3.哪条途径是处理最重要、最多样“垃圾”的“主干道”？这座“清洁工厂”由哪些“部门”组成？

（二）探究活动一：明晰概念——排泄vs.排遗

1.小组讨论：列出你知道的身体排出物质的途径（排尿、出汗、呼气、排便等）。尝试将它们分类，并说明分类依据。

2.概念建构：教师引导学生分析讨论结果，明确：

1.3.排泄：排出细胞代谢产生的废物（如二氧化碳、尿素、多余水、无机盐）。主要途径：呼吸系统（CO₂、少量水）、皮肤（部分水、无机盐、尿素）、泌尿系统（绝大部分尿素、尿酸、多余水、无机盐）。

2.4.排遗：排出未被消化吸收的食物残渣（粪便）。属于消化系统的末端。

3.5.关键辨析：粪便的主要成分不是细胞代谢直接产生的，因此排便不属于排泄。尿素是蛋白质代谢的终产物，是真正的代谢废物。

6.巩固应用：判断下列现象属于排泄还是排遗：①打喷嚏②流鼻涕③吐痰④排尿⑤腹泻。并说明理由。

（三）探究活动二：初探工厂——泌尿系统的宏观结构与功能

1.模型/图示观察：学生分组观察人体半身模型或泌尿系统结构图。

2.任务导学：完成表格填写。

“工厂部门”

科学名称

主要结构特点（形状、位置）

功能（类比“工厂”中的角色）

总控制与净化中心

肾脏

蚕豆形，腹膜后，脊柱两侧

形成尿液（核心处理车间）

运输管道

输尿管

细长肌性管道

输送尿液至仓库（传送带）

临时仓库

膀胱

囊状，可伸缩

贮存尿液（蓄水池）

排放通道

尿道

管道

排出尿液（出口闸门）

1.动手实践：分发动物肾脏实物，进行外部观察。学生用手触摸感受其质地，观察颜色、形状，寻找肾门（血管、输尿管出入处），初步建立感性认识。

2.功能联系：教师设问：“为什么肾脏的血管如此丰富？（血流充足才能运来待处理的废物）”“输尿管如何将尿液‘泵’入膀胱？（平滑肌蠕动）”“膀胱如何实现‘有意识的’控制排尿？（尿道括约肌受神经调控）”。将结构与功能初步联系。

（四）形成性评价与小结

1.概念图绘制：学生在笔记本上绘制以“人体代谢废物的排出”为中心的概念图，第一层级分出“排泄”与“排遗”，第二层级列出排泄的主要途径，并重点展开泌尿系统的组成。

2.思维挑战：“如果一个人的肾脏功能严重受损，他体内的‘垃圾’状况会怎样？可能有什么替代方案来处理这些‘垃圾’？”为下一课时埋下伏笔。

3.教师小结：强调泌尿系统作为排泄主干道的重要性，引出其核心器官——肾脏，激发对其内部奥秘的探究兴趣。

第2课时：探秘“工厂核心车间”——肾脏与肾单位的微观结构

（一）复习导入，聚焦核心

快速回顾泌尿系统组成，明确肾脏是核心。提出问题：“肾脏这个蚕豆形的器官，内部是如何构造的，才能完成如此复杂的净化任务？让我们化身微观探险家，进入‘工厂的核心车间’一探究竟。”

（二）探究活动一：由宏观到微观——观察肾脏的剖面结构

1.解剖观察：学生以小组为单位，观察纵向剖开的动物肾脏。

2.引导探究：

1.3.用放大镜观察剖面，能看到哪几种颜色不同的区域？（皮质-暗红色，髓质-浅色条纹，肾盂-漏斗状空腔）

2.4.用手轻轻挤压，从肾盂处可能会流出什么液体？（可能有极少量残留液体）

3.5.思考：肾脏的“净化”工作是在皮质、髓质还是肾盂完成的？为什么？（皮质颜色最深，血管最丰富，提示主要工作区域）

6.教师讲解：结合板图，明确皮质、髓质、肾盂的位置关系。说明肾盂是收集最终尿液并导入输尿管的地方，而真正的“净化车间”分布在皮质和髓质中，这个基本车间叫做“肾单位”。

（三）探究活动二：建构模型——认识“最小功能单元”肾单位

1.情境化介绍：肾单位就像工厂里无数个并行的、微小的“净化流水线单元”，每个肾脏约有100万个。每条“流水线”都独立完成从血液中提取废液、精加工成尿液的全过程。

2.动态动画观摩：播放肾单位3D动画，展示其蜿蜒曲折的结构及其与血管网的紧密缠绕关系。

3.模型拼装与学习：

1.4.材料：提供肾单位各部分的卡片（肾小球、肾小囊、近曲小管、髓袢、远曲小管、集合管）或3D打印模型组件。

2.5.任务：小组合作，根据动画印象和教材描述，将肾单位模型按正确顺序和空间关系拼装起来。并标注出哪些部分位于皮质，哪些部分深入髓质。

3.6.关键结构深度解析：

1.4.7.肾小球：一团毛细血管球。提问：“为什么毛细血管要盘绕成球状？（增大滤过面积）”

2.5.8.肾小囊：包裹肾小球的杯状双层壁结构，内层紧贴毛细血管，外层延续为肾小管。内外层之间的腔隙称为肾小囊腔。强调这是原尿收集的起点。

3.6.9.肾小管：漫长的管道系统，分为几段。强调其管壁由单层上皮细胞构成，外面包裹着丰富的毛细血管网（肾小管周毛细血管）。这是进行“重吸收”和“分泌”的关键部位。

10.显微镜观察：观察肾单位显微切片（示教或分组），在显微镜下寻找肾小球和肾小管的横切面，将模型与真实显微图像对应，强化微观认知。

（四）探究活动三：想象与推理——血液在肾单位中的流动路径

1.小组绘图：在白板上画出肾单位简图，并用红色笔标出血液可能的流动路径：肾动脉→入球小动脉→肾小球毛细血管网→出球小动脉→肾小管周毛细血管网→肾静脉。

2.关键讨论：“出球小动脉为什么离开肾小球后，还要再次形成毛细血管网包绕肾小管？（为肾小管的重吸收提供物质交换的场所）”“血液两次形成毛细血管网（肾小球和肾小管周），其意义有何不同？（第一次滤出，第二次回收与交换）”

3.形成认知：理解肾单位是一个与血液循环紧密耦合的精密结构，血液在这里经历了一个“分流-处理-汇合”的循环。

（五）形成性评价与小结

1.绘制肾单位结构模式图：要求学生在作业本上独立绘制，并标注所有关键结构名称。

2.“我是解说员”：同桌互相扮演解说员，仅根据对方绘制的图，讲解血液流经一个肾单位的路径和所见结构。

3.教师小结：总结肾单位是肾脏功能的结构基础，其巧妙设计（肾小球的滤过结构、肾小管与毛细血管的紧密关系）完美体现了“结构与功能相适应”。下一课时，我们将研究这条“流水线”具体是如何工作的。

第3课时：解码“净化流水线”——尿液的形成过程与调节

（一）实验导入，感知“滤过”

【模拟实验】“肾小球的滤过作用”

1.材料：漏斗、滤纸、烧杯、混合物（沙子代表血细胞和大分子蛋白质，细盐和染料水代表小分子物质如葡萄糖、无机盐、尿素）。

2.操作：将混合物倒入铺有滤纸的漏斗，观察滤液。

3.分析与类比：

1.4.滤纸相当于什么？（肾小球毛细血管壁和肾小囊内壁，即滤过膜）

2.5.留在滤纸上的沙子相当于什么？（血细胞、蛋白质等大分子物质）

3.6.流入烧杯的滤液相当于什么？（原尿）

4.7.这个实验模拟了尿液形成的第一步——肾小球的滤过作用。强调滤过的动力来自心脏收缩产生的血压。

（二）探究活动一：数据分析——从原尿到终尿的奇妙变化

1.呈现数据：展示一份“血浆、原尿、终尿主要成分比较表”（每100毫升液体中含量）。

成分

血浆(g)

原尿(g)

终尿(g)

水

90-93

99

95-97

蛋白质

7-9

微量

0

葡萄糖

0.1

0.1

0

无机盐

0.72

0.72

1.5

尿素

0.03

0.03

2.0

尿酸

0.004

0.004

0.05

2.问题链引导探究：

1.3.Q1：比较血浆和原尿，成分发生了什么变化？为什么？（蛋白质几乎消失，其他成分浓度相似。说明肾小球滤过了除大分子蛋白质和血细胞外的所有血浆成分。）

2.4.Q2：比较原尿和终尿，最惊人的变化是什么？（葡萄糖完全消失；尿素、尿酸、无机盐浓度大大增加；水量减少。）

3.5.Q3：葡萄糖去哪了？为什么需要把它“捡回来”？（被肾小管重吸收回血液。因为葡萄糖是重要的能源物质，不能浪费。）

4.6.Q4：尿素、无机盐浓度为什么反而增加了？（因为肾小管重吸收了大部分水和全部葡萄糖、部分无机盐，而尿素等废物被重吸收的很少，所以被“浓缩”了。）

5.7.Q5：终尿中为什么完全没有了蛋白质和葡萄糖？（蛋白质未被滤过；葡萄糖被全部重吸收。）如果终尿中出现葡萄糖或蛋白质，可能意味着什么？（提示肾小管重吸收功能障碍或肾小球滤过膜受损，联系健康。）

8.归纳过程：师生共同总结尿液形成的两个连续阶段：

1.9.第一阶段：肾小球的滤过作用→形成原尿（每天约180升）。

2.10.第二阶段：肾小管的重吸收作用（主要）和分泌作用（次要）→形成终尿（每天约1.5升）。重吸收的物质包括：全部葡萄糖、大部分水、部分无机盐。分泌的物质主要是少量代谢废物（如H⁺、K⁺、氨等）。

（三）探究活动二：动态建模，理解调节

1.角色扮演/动画模拟：利用交互式软件或学生角色扮演（分别扮演水分子、葡萄糖、尿素、无机盐离子），动态演示它们在流经肾单位时的“遭遇”：在肾小球被“筛出”，在肾小管被“选择性回收”或“浓缩”。

2.核心原理点拨：

1.3.重吸收的方式：大部分是主动运输（如葡萄糖、无机盐），需要能量和载体；水是被动重吸收（通过渗透作用）。

2.4.调节的关键：激素（如抗利尿激素ADH）如何调节水的重吸收。当体内缺水时，垂体释放ADH增多，肾小管对水重吸收增强，尿量减少，尿液浓缩；反之亦然。由此深刻理解肾脏是维持水盐平衡和内环境稳态的核心器官。

5.联系生活：“为什么大量出汗后，尿量会减少，且尿色变黄？”“为什么饮水过多后，尿量增多，尿色变浅？”引导学生用刚学的原理进行解释。

（四）形成性评价与小结

1.流程图完善：提供带有空缺的尿液形成流程图，学生填写关键词（滤过、重吸收、原尿、终尿等）。

2.“医生初体验”：提供一份简易的尿常规化验单（模拟数据：葡萄糖+，蛋白质-），让学生分析该病人可能哪个环节出现了问题。

3.教师小结：高度概括尿液形成是一个“滤过-回收-浓缩”的精细化过程，肾脏像一个智能的、可调节的“筛子”和“回收站”，其核心功能是保持内环境成分的相对稳定，而非简单“排污”。

第4课时：守护“工厂”健康——其他排泄途径、卫生保健与科技应用

（一）知识整合：排泄途径的全面总结

1.小组合作完成表格：

排泄途径

主要排泄器官

排出废物

特点与意义

泌尿

肾脏

尿素、尿酸、多余水、无机盐

最主要途径，调节能力强，排出量大，废物种类多。

排汗

皮肤（汗腺）

部分水、无机盐、少量尿素

辅助调节体温和水盐平衡。

呼吸

肺

二氧化碳、少量水

气体废物排出的唯一途径。

1.系统观构建：强调这些途径并非孤立，它们通过血液循环系统紧密联系。血液循环将全身细胞产生的废物运送到不同的排泄器官。绘制人体简图，用箭头标出主要代谢废物（CO₂、尿素）的产生与排出路径，形成完整的“新陈代谢物质流”图景。

（二）探究活动一：健康生活——如何爱护我们的泌尿系统

1.案例分析：

1.2.案例A：学生小明不爱喝水，爱喝碳酸饮料，经常憋尿。可能导致什么后果？（增加肾结石、尿路感染风险）

2.3.案例B：某同学剧烈运动后，立即大量饮用纯净水，反而感觉乏力、头晕。为什么？（大量排汗失盐后，只补水可能导致体内无机盐浓度进一步降低，影响神经肌肉功能。应适量补充淡盐水。）

3.4.案例C：滥用镇痛药或某些抗生素，可能对肾脏造成损伤。

5.健康倡议书制定：以小组为单位，讨论并拟定一份“肾脏健康生活倡议”，内容需包含：充足饮水（推荐白开水）、不憋尿、均衡饮食（低盐、适量蛋白）、谨慎用药、定期体检（尿常规）等。各组展示分享。

（三）探究活动二：科技之光——当“工厂”故障时

1.问题引入：如果肾脏这座“清洁工厂”因为疾病（如慢性肾炎、糖尿病肾病）严重损坏，无法工作，人体会陷入什么状态？（尿毒症：毒素堆积，内环境严重紊乱，危及生命。）

2.科技解决方案探究：

1.3.方案A：肾脏移植。讨论其原理（更换故障器官）、优势（根本解决）和挑战（供体稀缺、排异反应、终身服药）。

2.4.方案B：血液透析（人工肾）。

1.3.5.观看视频：了解血液透析的临床过程。

2.4.6.原理探究：提供透析机的简化示意图（半透膜、透析液）。引导学生对比分析：透析机的“半透膜”模拟了肾脏的什么结构？（肾小球的滤过膜/肾小管的功能）透析液的成分设计有何奥秘？（与正常血浆成分相似，但不含尿素等废物，通过浓度差清除废物，调节电解质平衡。）

3.5.7.讨论局限：透析需要定期进行，不能完全替代肾脏的内分泌和精细调节功能。

8.工程思维挑战：“请你作为一名生物医学工程师，基于对肾单位工作原理的理解，提出一个未来‘人工肾’或‘可穿戴肾’的设计构想或改进思路。”鼓励学生天马行空但基于原理的想象。

（四）单元总结与综合评价

1.概念图升级：回归第一课时的概念图，进行扩充和细化。要求将四节课的核心知识（排泄途径对比、泌尿系统结构、肾单位组成、尿液形成过程、健康与科技）整合到一个完整的层级式概念图中。

2.单元反思日志：学生填写反思日志，回答：

1.3.本单元最让我惊讶的知识是什么？

2.4.我最大的收获或观念上的改变是什么？

3.5.我还有一个未解决的问题是……？

4.6.