尿的形成动态模拟装置的制作和使用

赵立群

摘 要 采用常用仪器及生活中容易得到的材料，如输液瓶、输液管等模拟制作肾单位结构，用某些化学药品代替人体血液进行模拟实验。整个装置將书本的平面图形立体呈现，使抽象的、难以理解的知识形象化、直观化，能激发学生对于实验的兴趣，培养实验技能，同时有效的辅助了教学。

关键词 肾单位 过滤 重吸收 尿的形成 动态模拟装置

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

“尿的形成和排出”是人教版《生物学》七年级下册第五章“人体内废物的排出”一课的主要内容，该课的重点在于阐述尿的形成和排出过程。教材中并没有安排尿的形成相关实验，只有图片及文字资料，而肾脏单位结构复杂、功能多样，加之血液流动及成分随之变化。这些内容对于七年级的学生来说，理解难度很大。教学中，教师往往辅以动态图片，但并不立体，对于缺乏空间想象力的学生来说，理解难度依然很大，教学效果不尽理想。为了突破这个难点，经过多次尝试、修改，制作出了“尿的形成动态模拟装置“来模拟肾单位的结构及尿的形成过程，使知识得到直观体现，学生更易理解。下面介绍该装置的制作和使用方法。

1 制作材料

木板，输液瓶，输液管，PVC软管（内径4 mm×外径6 mm），大号海钓浮漂，试剂瓶，纱布，止水夹，石蕊试剂，稀盐酸，氢氧化钠溶液，红墨水，84消毒液，胶水。

2 制作方法

2.1 制作模拟装置

模拟装置顶端的输液瓶用来盛放模拟血液（配制方法见后面），瓶底朝上，固定在木板上部。在瓶底开口，方便使用时倒入模拟血液。瓶口朝下，连接一段PVC软管，软管上安装一个止水夹，用来控制模拟血液的流出，软管模拟“入球小动脉”。

2.1.1 肾小球、肾小囊、肾小管的制作

“肾小球”用输液管缠绕制作，将输液管缠绕两周并固定，在管壁上扎4或5个小孔。“肾小球”一端连接PVC软管，另一端保留较长长度，用来模拟出球小动脉。

“肾小囊”用海钓浮漂制作。将浮漂顶部截去一部分，浮漂表面颜色为红色，可用砂纸将红色擦去，露出底层的黄色，然后用胶水固定在木板上。浮漂内放置合适大小的纱布，并紧贴内壁。

浮漂下端连接输液管来模拟肾小管，并利用管道相互缠绕来模拟肾小管及包绕的毛细血管。在模拟肾小管的膨大部分下部利用输液管的原有接口连接一小段管子，这段小管另一端接入模拟肾小管周围毛细血管的膨大部分，且固定时与模拟血管的管道重叠。

2.1.2 其他部件

木板后面也需固定一个输液瓶，用来盛放氢氧化钠溶液，同样在瓶底开口，瓶口朝下，并连接一段输液管。管道穿过木板上的小孔与木板正面“肾小管周围毛细血管”的膨大部分相通。接入位置在膨大部分的上部。

所有部件连接完毕后，可对需固定的部位进行加固，有利于装置的重复使用。最后在木板正面下部安放两个输液瓶，用来盛放模拟尿液和模拟静脉血。

2.2 模拟血液的配制

在400 mL稀盐酸中滴入适量石蕊试剂，整个液体呈现红色，再在其中滴入适量红墨水，使颜色更鲜艳，用来模拟颜色鲜红的动脉血。

3 使用方法

（1） 准备工作：“肾小囊”内纱布用84消毒液浸湿；木板后面瓶中装入适量氢氧化钠溶液。

（2） 教学中，学生先自学教材，通过平面图形了解肾单位组成，教师再利用模拟装置立体呈现肾单位各组成部分并介绍各部分的功能。

（3） 动态模拟尿的形成过程：打开止水夹，同时调节控制氢氧化钠溶液流出的夹子，使其流出，模拟血液经“入球小动脉”流入“肾小球”，部分模拟血液经“肾小球”管壁小孔渗出（模拟过滤作用），并被纱布内的84消毒液退色，因退色不完全，颜色会转变成淡黄色，形成“原尿”流入“肾小管”；在“肾小管周围毛细血管”处，部分原尿经分支管道流入“肾小管周围毛细血管”中（模拟重吸收作用），而此处也因氢氧化钠溶液的进入，液体会呈现暗红色。原因是氢氧化钠中和了液体中的酸，并使石蕊显现蓝色，而原本存在的红墨水成分与蓝色石蕊颜色混合，从而使整个液体呈现暗红色（模拟静脉血）。最后，形成的淡黄色“尿液”和暗红色“静脉血”流入相应的收集瓶中。

（4） 实验完毕，关闭止水夹和后面的控制开关，展示结果并分析。

4 效果及自我评价

通过这样一个动态模拟过程，学生对肾单位的组成及尿的形成过程，获得了一个贴近生活的具体认识，他们在惊叹的同时也更好地理解了这些知识。该装置还有以下优点：

（1） 制作材料易得，环保安全：木板、输液瓶、输液管、海钓浮漂等都是生活中容易获得的材料，且价格低廉；其他材料用品都是实验室常用的。

（2） 模拟装置立体形象：整个装置将教材上的平面图形非常形象地立体呈现出来，生动逼真，且动态模拟出过滤和重吸收两个过程，结果贴近生活，实用性强；

（3） 动态过程现象明显，利用了不同物质间发生化学反应产生的颜色变化，模拟效果好。

（4） 操作简单，并且装置可重复使用，稳定性好，能有效的服务于教学。

参考文献：

[1] 余志平.肾单位（尿的形成）演示仪[J].教学仪器与实验，2008，（6）：42.

[3] 赵莉萍.肾单位的结构模型制作[J].生物学教学，2003，（7）：32-33.

[4] 王乃平.就地取材制作肾单位模型[J].实验教学与仪器，2010，（11）.

[5] 吴庆民，于明.肾单位和尿的形成动态演示模型[J].科学教育.2012，（5）：37.