高中生物学“内环境稳态的维持：营养物质代谢与泌尿调节的协同”教学设计

高中生物学“内环境稳态的维持：营养物质代谢与泌尿调节的协同”教学设计

一、教学背景分析

（一）【基础】课标要求与教材分析

本节课内容属于《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修课程模块一“稳态与调节”的重要组成部分。课标对本部分内容的要求是：阐明血浆、组织液和淋巴液等细胞外液构成的液体环境为内环境，内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件；说明机体通过呼吸、消化、循环、泌尿等系统密切协作，共同维持内环境稳态；举例说明机体维持内环境稳态的调节机制（神经-体液-免疫调节网络）。在教材体系中，本节课通常位于高中生物选择性必修一（或相应的稳态与环境模块）的后期章节，是在学生学习了细胞的物质输入输出、酶与ATP、细胞呼吸、血糖调节、激素调节以及泌尿系统的结构基础之后，对知识进行综合应用的枢纽。教材内容通常先分别阐述营养物质的代谢过程及其产物，再介绍泌尿系统在排泄废物、调节水盐平衡中的作用，最后通过内环境稳态的视角将二者联系起来。本设计旨在打破教材的线性叙述，构建以“内环境成分的动态平衡”为核心的概念整合课。

（二）【重要】学情分析

教学对象为高中二年级学生。知识基础上，学生已掌握细胞呼吸、血糖平衡的激素调节（胰岛素、胰高血糖素）、泌尿系统的基本结构和肾单位的滤过与重吸收功能，对“稳态”概念有初步认识。能力基础上，高二学生具备一定的逻辑思维能力和图文信息处理能力，能够分析简单的生理过程模型，但将两个看似独立的系统（代谢与泌尿）进行深层次的因果关联、建立动态平衡的全局观，以及运用系统分析的方法解决实际问题（如分析病理、解读检验单）的能力尚显薄弱。心理特征上，学生对与生活紧密相关的生理知识（如减肥、水肿、尿毒症）抱有浓厚兴趣，这为创设问题情境、激发探究欲望提供了良好契机。

二、教学目标设计（基于生物学学科核心素养）

（一）【核心】生命观念

通过分析营养物质代谢废物的产生与排泄途径，学生能够认同生物体的局部与整体相统一、结构与功能相统一的观点，建立起“内环境稳态是机体正常生命活动的根基”这一核心生命观念，理解生命系统是一个通过自我调节维持稳态的开放系统。

（二）【重点】科学思维

通过构建概念模型，阐明营养物质代谢与泌尿调节在维持内环境稳态中的协同关系，培养模型与建模的科学思维方法。能够运用归纳与概括、演绎与推理的方法，分析水盐平衡、酸碱平衡的调节机制，并尝试解释相关疾病的生理学成因。

（三）科学探究

能够针对生活中常见的生理或病理现象（如长期素食导致的营养不良、高蛋白饮食对肾脏的影响、剧烈运动后的肌肉酸痛与尿液变化）提出问题，并基于给定的资料设计简单的探究思路或提出合理的假设，培养基于实证的科学探究意识。

（四）社会责任

关注饮食健康、肾功能保护等社会议题，能够运用所学知识向他人宣传健康的生活方式（如合理膳食、适量饮水），形成关爱生命、关注健康的责任感，并能理性看待医学检验报告，辨别与健康有关的伪科学。

三、【难点】与【高频考点】定位

（一）教学重点

1.【基础】蛋白质、糖类、脂肪三大营养物质代谢的主要过程及其终产物的去路。

2.【重要】尿液的形成过程（肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用）及其在维持水盐平衡中的作用。

3.【核心】抗利尿激素（ADH）和醛固酮在水平衡和盐平衡调节中的具体机制。

（二）教学难点

1.【难点突破】将营养物质代谢产生的废物（如尿素、多余的水和无机盐、CO2）与泌尿系统的排泄功能进行精准对接，理解“排泄”是维持内环境稳态的关键环节。

2.【难点突破】理解酸碱平衡的调节机制（碳酸氢盐缓冲系统），以及肾脏在调节酸碱平衡中发挥的长期、根本性作用（泌H+、保Na+和HCO3-）。

3.【难点突破】构建“神经-体液调节”网络，理解渗透压变化如何被感知（下丘脑渗透压感受器），以及如何通过神经（渴觉）和体液（ADH）双重途径调节泌尿活动。

四、【核心】教学设计与实施过程

本设计采用“大情境贯穿、问题链驱动、模型建构深化”的教学策略，以“运动员一天的生活”作为主线情境，贯穿课前、课中与课后。

（一）【创设情境·导入新课】——运动员的特殊食谱与尿液分析单（约5分钟）

1.情境呈现：展示某位备战马拉松的运动员的公开信息：①一份高蛋白、高碳水化合物、注重维生素补充的特殊食谱；②训练后一份常规尿液检验报告单（显示尿比重、pH值等指标正常，但尿胆原、尿酮体等项目标注为阴性）。

2.问题链驱动：

（1）【基础】这份食谱中的主要营养物质进入人体后，经历了怎样的“旅行”和“变身”？它们最终都去了哪里？

（2）【重要】为什么在大量摄入蛋白质后，尿液检验单上没有出现大量蛋白质？这反映了泌尿系统的什么功能？

（3）【核心】尿液检验单上的项目（如尿比重、尿胆原）背后，隐藏着营养物质代谢与肾脏工作的哪些秘密？

3.设计意图：从真实的生活情境切入，利用学生对运动员饮食的好奇和对体检单的熟悉感，迅速激发认知冲突。将“营养”与“泌尿”这两个看似分离的概念，通过“代谢终产物”和“尿液成分”这两个具体载体联系在一起，明确本节课的核心探究任务：揭示内环境中物质动态平衡的调节奥秘。

（二）【模型建构一】营养物质的“代谢之旅”与内环境成分的动态变化（约15分钟）

1.活动设计：分组绘制概念图。教师提供核心名词卡片（包括：淀粉/糖原、脂肪、蛋白质、葡萄糖、氨基酸、甘油+脂肪酸、氧化分解、合成自身物质、转变、CO2+H2O、尿素、能量、内环境）。要求学生以小组为单位，在回顾旧知的基础上，将这些卡片连接成能够反映三大营养物质代谢过程及其与内环境关系的概念图。

2.教师引导与深化：

（1）【基础】引导学生重点区分“同化作用”与“异化作用”。强调营养物质进入细胞后，一方面用于构建和修复机体（合成代谢），另一方面通过细胞呼吸分解释放能量（分解代谢）。

（2）【高频考点】重点追问代谢终产物的去向：葡萄糖彻底氧化分解产生CO2和H2O；蛋白质分解代谢产生的含氮部分，在肝脏中通过脱氨基作用转化为尿素（这是一个【重要】过程，需要强调肝脏的核心地位），不含氮部分则可氧化分解或转化。脂肪分解代谢产生CO2、H2O，中间产物酮体在饥饿或糖代谢障碍时可能增多。

（3）【核心归纳】引导学生归纳：三大营养物质的代谢过程，不断向内环境（组织液、血浆）中释放代谢产物（如CO2、尿素）以及消耗物质（如O2、葡萄糖）。这使得内环境的成分（如血糖浓度、血氧分压、CO2分压、pH值、尿素氮、渗透压）时刻处于动态变化之中。

3.模型修正与成果展示：各小组展示概念图，师生共同评价，最终形成一个完整的“营养物质代谢与内环境成分变化”的总概念图。教师在总图上特别标注【难点】“肝脏在蛋白质代谢（脱氨基作用、合成尿素）中的关键作用”以及【热点】“三大营养物质代谢的相互联系（如糖类、脂肪在特定条件下的相互转化）”。

（三）【模型建构二】泌尿系统——内环境的“净化器”与“调节器”（约20分钟）

1.过渡与设问：代谢废物源源不断地排入内环境，内环境的成分为何能保持相对稳定？血浆流经肾脏后，发生了怎样的变化，使其成分重新恢复到稳定范围？

2.核心活动：动画演示与定量分析——模拟尿液的形成。

（1）【基础】播放肾单位工作动画，动态展示肾小球的滤过作用。强调：当血液流经肾小球时，除血细胞和大分子蛋白质外，血浆中的水、无机盐、尿素、葡萄糖、氨基酸等小分子物质均可滤过到肾小囊腔中，形成原尿。这是一个【高频考点】。

（2）【定量分析】呈现数据表：对比“血浆”、“原尿”、“终尿”中主要物质的成分及含量（g/100mL）。例如：

成分 血浆 原尿 终尿 浓缩倍数

蛋白质 8.0 0.03 0 --

葡萄糖 0.1 0.1 0 --

尿素 0.03 0.03 2.0 约67倍

钠离子 0.32 0.32 0.35 约1.1倍

引导学生观察数据，提出核心问题：从原尿到终尿，为什么没有了葡萄糖和蛋白质？为什么尿素浓度大幅提高，而水、钠离子的浓度变化相对较小？

（3）【重要】深入解析肾小管和集合管的重吸收作用。教师讲解：肾小管和集合管上皮细胞会选择性地将原尿中对机体有用的物质（如全部葡萄糖、大部分水和部分无机盐）重新吸收回血液。这是一个主动或被动转运的过程，有饱和限度（如肾糖阈的概念可在此处渗透）。

（4）【核心】构建调节模型——水平衡的神经-体液调节。

问题情境：运动员大量出汗后，尿量会减少，尿液浓缩，口渴难忍。这是如何实现的？

模型构建步骤：

第一步：感知变化。引导学生理解，汗液流失导致细胞外液渗透压升高。

第二步：信号传导。渗透压升高，刺激下丘脑的渗透压感受器产生兴奋。一方面，兴奋传至大脑皮层，产生【渴觉】，主动饮水（神经调节）；另一方面，下丘脑合成、垂体后叶释放的【抗利尿激素（ADH）】（高频考点）增多。

第三步：效应发生。ADH随血液运输，作用于肾小管和集合管（靶器官），促进其对水分的重吸收，从而使尿量减少，尿液浓缩，最终使细胞外液渗透压下降，恢复正常。

第四步：反馈调节。强调当渗透压恢复正常后，对感受器的刺激减弱，ADH分泌减少，形成负反馈调节。

（5）【难点】引入盐平衡的调节（醛固酮）。简要说明当血钠降低或血钾升高时，肾上腺皮质分泌醛固酮增多，促进肾小管和集合管对钠离子的重吸收和对钾离子的分泌，从而维持无机盐平衡。

3.设计意图：通过动画和定量数据的分析，使抽象的滤过和重吸收过程变得直观、可量化。通过问题链和模型构建，引导学生深刻理解泌尿系统并非简单的“排污管”，而是一个高度智能的、受神经和激素精确调控的“内环境净化与调节中心”。

（四）【难点攻克】协同作战——连接“代谢”与“泌尿”的桥梁（约25分钟）

1.核心整合：将模型一（代谢）和模型二（泌尿）拼接成一个完整的“内环境稳态调节总模型”。教师引导学生思考并讨论以下几个关键连接点：

（1）【重要】连接点一：废物的来源与去路。蛋白质代谢产生的尿素，是血浆和原尿中尿素氮的主要来源。肝脏合成尿素后，释放入血，最终主要依赖肾脏排泄。这解释了为什么肝、肾功能不全时，血液中氨或尿素氮会升高。

（2）【重要】连接点二：水平衡的协同。营养物质代谢（特别是脂肪和糖类的氧化分解）会产生“代谢水”，是机体水的来源之一。而水的排出，除了呼吸、皮肤蒸发，主要受泌尿系统调节。运动时，代谢增强，产水增多，但同时出汗增多，最终由ADH精细调节尿液生成量，维持水平衡。

（3）【难点突破】连接点三：酸碱平衡的调节（这是本课的制高点）。

问题抛出：剧烈运动后，运动员肌肉产生大量乳酸，血液pH为何没有急剧下降？（【基础】血浆中存在缓冲物质，如NaHCO3/H2CO3）。

深入探究：乳酸（HL）进入血浆后，与NaHCO3反应，生成乳酸钠和H2CO3。H2CO3不稳定，分解为CO2和H2O，CO2通过呼吸排出（暂时性调节）。这消耗了血浆中的NaHCO3。

引出核心问题：被消耗的碱性物质（NaHCO3）如何恢复？【难点】这正是肾脏的“绝活”。教师详细讲解肾小管上皮细胞的泌H+和保碱（重吸收NaHCO3）过程：

a.肾小管上皮细胞内有碳酸酐酶，催化CO2和H2O生成H2CO3，H2CO3解离出H+和HCO3-。

b.细胞将H+分泌到肾小管腔中（泌H+）。

c.在管腔中，H+与滤液中的Na2HPO4（碱性磷酸盐）结合，生成NaH2PO4（酸性磷酸盐）随尿排出，从而排出H+，并使尿液酸化。

d.同时，重吸收Na+和HCO3-。Na+与细胞内的HCO3-一同被转运回血液，补充了血浆中消耗的NaHCO3。

e.【高频考点】泌NH3的作用：肾小管细胞还能分泌NH3（谷氨酰胺代谢产生），与H+结合形成NH4+（铵盐）随尿排出，这进一步排H+并保留了Na+。

小结：肾脏通过“排酸保碱”的精密机制，从根本上调节血浆中NaHCO3/H2CO3的比值，维持pH稳定。这是泌尿系统对代谢产物的终极调节，也是最能体现二者协同的环节。

2.模型完善：学生在总模型上补充酸碱调节的细节，形成完整的知识体系。

（五）【应用与拓展】学以致用——我是“健康顾问”（约10分钟）

1.案例研讨：呈现与导入情境呼应的案例——运动员赛后出现轻度水肿，医生建议检查肾功能和血浆蛋白含量。要求学生以“健康顾问”的身份，分析可能的原因。

2.学生讨论与分析预设：

（1）【基础】可能原因一：长期高蛋白饮食但饮水不足，加重肾脏负担。

（2）【重要】可能原因二：血浆蛋白含量偏低（如营养不良或过度消耗），导致血浆渗透压下降，组织液回流受阻，引起水肿。这完美地将“营养代谢（合成血浆蛋白）”与“内环境渗透压稳定”联系起来。

（3）【核心】可能原因三：肾脏疾病导致滤过或重吸收功能障碍，或调节水盐平衡的激素分泌异常。

3.设计意图：通过真实问题解决，检测学生对知识的综合运用能力。将健康生活理念融入教学，引导学生从系统、整体的高度审视生命活动，并内化为社会责任感。

五、板书设计（逻辑型板书）

采用“核心辐射”与“层级递进”相结合的方式。

主板书中心：内环境稳态（成分、渗透压、pH）

左右两大分支：

左支：营养物质代谢（来源与去路）

1.三大代谢过程（细胞呼吸、合成、转化）

2.核心产物：尿素、CO2、H2O、代谢能

3.【重要】肝脏：代谢枢纽（脱氨基、合成尿素）

右支：泌尿调节（排泄与重吸收）

1.尿液生成：滤过（肾小球）→重吸收（肾小管、集合管）

2.【高频考点】调节机制：

（1）水平衡：ADH（下丘脑合成、垂体释放）→增加水的重吸收

（2）盐平衡：醛固酮→保Na+排K+

（3）【难点】酸碱平衡：肾小管泌H+、泌NH3，重吸收NaHCO3（排酸保碱）

下方连接线与标注：两大系统通过【血液循环】相连，共同排泄代谢终产物（尿素、多余水盐），调节内环境稳定。在右支下方标注病理联系：肾炎（蛋白尿）、尿毒症（尿素堆积）、水肿（渗透压失衡）。

六、【重要】教学评价设计

（一）过程性评价

1.概念图构建质量：评价学生对核心概念的把握程度以及概念间逻辑关系的准确性。

2.课堂讨论参与度：评价学生能否基于证据提出