基于模型建構的“尿的形成過程”教學設計

朱金靜

摘要：結合教材，綜合考慮學生的技能水平，從設計思路、材料選取和裝置效果三維視角建構“尿的形成過程”物理模型，學生在不斷完善模型的過程中，將這一抽象的過程形象具體化，并主動建構“尿的形成過程”相關概念。

關鍵詞：腎單位，模型，過濾作用，重吸收作用

中圖分類號：G633.91文獻標志碼：B

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所做的一種簡化的描述，可以用實物或抽象符號等定性或定量表示，包括物理模型、概念模型、數學模型。在中學生物學教學中，自制物理模型能很好地幫助學生構建與掌握生物學概念。

1 教材和學情分析

“尿的形成過程”是人教版七年級《生物學》下冊第四單元第五章“人體內廢物的排出”的內容。教材利用文字說明、結構示意圖和資料分析的方式，引導學生理解腎單位的結構和功能，該內容對七年級的學生而言具有一定難度。但學生通過制作動物細胞模型和植物細胞模型的經歷，初步具備模型建構的能力，為本節課打下了良好的能力基礎。

2 教學目標

①闡述腎單位的結構和功能;概述尿的形成過程。

②通過小組合作建構腎單位的相關模型，進一步提高動手操作能力和將抽象問題具體化的能力。

③認同“人體形態結構與功能相適應”的生物學基本觀點;養成多喝水、不憋尿等健康的生活習慣。

3教學重難點

教學重點：腎單位的結構。

教學難點：理解腎小球和腎小囊內壁的過濾作用;理解腎小管的重吸收作用。

4 教具準備

第一組實驗器材：錐形漏斗1個，紅色毛線1條（長60cm），藍色毛線1條（長15cm）。

第二組實驗器材：濾網1片（釣魚抄網制作，濾網直徑為10cm，網孔直徑為4mm），曲別針1枚，不同大小的種子，1g鐵屑，1g沙粒，100mL燒杯1個，50mL燒杯1個。

第三組實驗器材：磁力紙1條（磁力書簽制作，5cmx2cm），透明膠帶。

5 教學過程

5.1 活動一：制作腎單位結構模型

教師提出問題，引入腎單位：腎單位的結構示意圖很復雜，由哪三部分組成？并引出活動“能否利用第一組實驗器材小組合作制作腎單位結構模型”。教師提示注意事項：各材料分別模擬哪個結構？紅色藍色的毛線如何連接？如何模擬腎小球？血液顏色在哪個部分發生變化？血管和腎小管的關系是怎樣的？

結合教材關于腎單位各結構的說明和腎單位結構示意圖，各學習小組合作首先明確各種材料模擬的結構：漏斗錐形筒——腎小囊，漏斗頸——腎小管，紅色毛線——流入腎單位的動脈血管，藍色毛線——流出腎單位的靜脈血管。接著，小組成員共同制作腎單位模型，最后匯報成果、交流制作的方法步驟。

教師運用希沃授課助手將學生制作的腎單位模型（圖1）投屏，輔助學生展示。

①將紅藍兩條毛線的末端用打結的方式連接起來，紅色毛線兩端各預留15cm的長度，中間纏繞成松散的毛線團，模擬腎小球;

②將紅色毛線團放置在腎小囊里;

③結合血液顏色的變化，將打結兩側的紅色毛線和藍色毛線纏繞在漏斗頸外。

設計意圖：針對學生制作模型過程存在的能力不足問題，教師要提示注意事項，不能給出具體的方法步驟，引導學生積極思考，主動參與到模型制作過程中來。在此過程中，學生學會了準確辨識腎單位的結構，進一步養成將透過現象看本質的思維方式。教師運用希沃授課助手將學生制作的模型投屏，輔助學生匯報，提高課堂效率，優化展示效果。

5.2 活動二：制作“腎單位過濾作用”模型

認真觀察模型，學生發現：腎小球兩端均連接動脈;血液顏色在腎小管處發生變化，對“腎小球的特殊結構和腎小管的功能”產生了探究的熱情。

結合教材對“過濾作用”的說明以及血漿和原尿成分的差異，教師提出質疑：腎小球和腎小囊內壁的過濾作用是如何進行的？在制作的“腎單位模型”基礎上，學生利用第二組實驗器材，嘗試制作過濾作用模型。小組合作首先明確各種材料模擬的結構：濾網——腎小囊內壁，錐形筒——腎小囊外壁;紅豆——血細胞，黃豆——蛋白質，鐵屑——血漿中小分子的葡萄糖、水、無機鹽，沙粒——尿素。

教師提示濾網的折疊方法（參考化學用濾紙的折疊），并提出問題：哪些物質能被過濾，哪些物質不能？在學生展示時，運用希沃授課助手將模型投屏。

各學生小組合作帶著問題，思考并制作過濾作用模型，最后匯報成果、交流方法步驟：

①將濾網按照濾紙的方法進行折疊，用曲別針將重疊部分固定在錐形筒側壁上;

②將不同大小的種子、鐵屑和沙粒倒入濾網中，認真觀察各種物質的過濾情況。

設計意圖：針對學生缺乏濾紙折疊的經驗，教師及時示范并講解，為學生成功制作“腎單位的過濾作用”模型助力。學生在動手操作的過程中，直觀體驗血漿形成原尿的變化過程，對“腎小囊內壁的過濾作用”有了更深刻的理解。

5.3 活動三：“腎單位重吸收作用”模型

學生根據觀察到的現象，發現葡萄糖、水和無機鹽對人體有利的物質被過濾到腎小管中。對比分析原尿和尿液的成分，發現尿液的葡萄糖減為零，學生提出質疑：原尿流經腎小管時發生了怎樣的變化7這樣為繼續探究“腎小管的重吸收作用”提供內在動力。為解答疑惑，教師結合教材對腎小管重吸收作用的說明，在“腎單位過濾作用”模型基礎上，利用第三組實驗器材制作“腎單位重吸收作用”模型。小組合作制作并匯報成果、交流方法步驟。

教師活動：運用希沃授課助手將模型投屏，輔助學生展示：

①用透明膠帶將磁力紙固定在漏斗頸上;

②將不同大小的種子、鐵屑和沙粒重新倒入濾網，認真觀察各種物質能被重吸收的情況。

設計意圖：學生發現大部分鐵屑被吸附在腎小管內壁，直觀理解了“腎小管重吸收作用”。教師引導學生類比小腸的吸收作用，使學生理解腎小管重吸收葡萄糖時消耗O₂，血液由動脈血變成靜脈血，從而解開疑惑。

5.4 活動四：講述科普故事“我是流入腎單位的葡萄糖分子”

學生講述科普故事：我是流入腎單位的葡萄糖分子，首先我到達了腎小球，腎小球像個迷宮一樣，我和伙伴們在里面繞來繞去。很快，我與血細胞和大分子的蛋白質分開了，它們被留在了血管里，而我和水、無機鹽、尿素等小分子物質被過濾到長得像“小漏斗”的腎小囊里形成原尿。我很難過，因為我還沒有參與細胞的呼吸作用，不想離開血液。我們幾乎沒有在腎小囊里停留，很快就到達了細長而曲折的腎小管里。幸好，腎小管及時發現了我們，它費了好大勁兒、消耗了大量的氧氣，才把我們全部葡萄糖、大部分水和部分無機鹽重新吸收送回血液。我又可以為生命活動做貢獻啦！此時，我發現血液正不斷由動脈血變成靜脈血，但智慧的腎小管沒有重吸收對人體有害的尿素，最后它隨著尿液被排出了體外。

設計意圖：結合板書設計，學生以科普故事的形式，講述血液流經腎單位各結構時發生的變化，在理解的基礎上，概述“尿的形成過程”，建構知識體系。6板書設計（圖2）

設計意圖：知識結構式的板書設計更有利于學生掌握腎單位的結構和功能，理解尿的形成過程，建構知識體系。

7 教學反思

整個學習過程均以問題為驅動，在學生的質疑和解惑中層層遞進。學生借助模型和概念圖，建構“尿的形成過程”知識體系，在領悟合作力量的強大，享受發現和獲得成功的同時，學生的創新精神和科學思維也得到了提升。