原尿及尿液形成的动态演示装置制作使用方法

李军　李添羽

摘  要  教具原尿及尿液形成的动态演示装置可以演示血液由肾小球和肾小囊内壁初步过滤形成原尿，原尿经肾小管的重吸收作用形成尿液的动态过程，科学、动态地模拟人体原尿和尿液形成的生理机制。动态装置动静结合，使课本抽象化的知识具体化，图文并茂地详细介绍教具的制作过程和使用方法。

关键词  教具；肾单位；原尿；尿液

中图分类号：G633.91    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）03-0038-03

0  引言

“人体内废物的排出”是七年级上册《生物学》十分重要的一章，而“尿的形成和排出”这一节是这一章的重点内容。尿的形成和排出由人体泌尿系统完成，肾脏是泌尿系统的主要器官，人体的尿液是由肾脏生成的。肾脏由100多万个肾单位构成，肾单位是肾脏形成尿液的最基本单位，肾单位由肾小球、肾小囊和肾小管构成。当血液流经肾小球时，除血细胞和大分子的蛋白质外，血浆中的部分水、无机盐、葡萄糖和尿酸、尿素等物质通过肾小球的过滤作用进入肾小囊中，肾小囊中的液体称为原尿。原尿再流经肾小管时，被肾小管重吸收而形成人体的最终代谢废物——尿液，而被肾小管重吸收的物质通过肾小管外的毛细血管网重新吸收回到血液循环，而人体的代谢废物则进入收集管。尿液由收集管汇总进入输尿管，再进入膀胱暂时贮存起来。当尿液在膀胱聚集到一定程度时，人才会产生尿意，在神经系统的支配下，将尿液经尿道排出体外。肾小管重吸收的物质经遍布肾小管外的毛细血管重新回到血液循环。这对维持人体正常的新陈代谢具有重要作用。在血液经肾小球的过滤作用形成原尿，原尿经肾小管的重吸收作用形成尿液的过程中，血液、原尿、尿液三者的成分不仅发生明显的变化，而且尿液的数量比原尿大幅度减少，或者说废物越来越“浓缩”。肾脏的构造及尿液的形成过程既是一个教学重点，又是一个教学难点。肾脏形成尿液的过程本就是一个“悄无声息、永无停止”，让人看不见、摸不着，略感神秘的动态过程，而非静止的状态。经过几十年的实际教学发现，学生对肾单位的概念及结构组成理解不深、概念模糊，对原尿及尿液的形成过程掌握较差，特别是对“原尿由肾小球过滤而形成”这一过程只有课本上的抽象理论知识，而没有感性的动态感受，这也是学生掌握不好该知识的重要因素。在平时的作业和考试中，这部分知识出错率比较高，根本原因是学生只是简单地了解课本上“肾脏的内部结构示意图”，对肾单位的实际结构理解不深、掌握不牢，对肾小球的过滤作用和肾小管的重吸收作用缺少感性认识，所以对原尿和尿液的概念、成分、数量理解不深刻、掌握不全面。通过教具原尿及尿液形成过程的动态演示装置的使用，学生可以切身地理解肾小球、肾小囊和肾小管的构造以及血液经过肾小球和肾小囊内壁的过滤形成原尿，原尿经肾小管的重吸收形成尿液的动态过程。教具的使用对该章内容的学习和掌握具有积极的促进作用。

1  教具制作过程及使用方法

原尿及尿液形成过程的动态演示装置制作过程及使用方法主要包括以下几个方面。

1.1  材料准备

带底座的铁制白板（长和宽分别是75.5 cm和56.5 cm）1块、医用注射器（带针头）2个、医用输液器5套、小罐茶茶罐（直径5.5 cm）1个、热熔胶枪1把、热熔胶棒4根、喷壶（直径9.5 cm）1个、胶带1个、乳胶管60 cm、钢锯条1根、木螺丝3个、带螺帽小螺丝1个、100 ml烧杯2个、500 ml烧杯1个、生理盐水3瓶、酚酞试剂20 ml、20%的盐酸溶液200 ml、0.5%的氢氧化钠溶液500 ml、10%的碘液500 ml、胶头滴管1个、乳胶手套1副。

1.2  制作过程

1）在白板的正面打4个孔，孔的直径大约为0.4 cm。其中，1孔距白板上边缘27 cm，左边缘15 cm；2孔在1孔垂直下方7 cm处；3孔在2孔垂直下方3 cm处；4孔距白板右边缘21 cm，距下边缘32 cm。把带螺帽小螺丝固定在2孔上，如图1所示。

2）打开两套医用输液器，把一套的针头取下，从白板的后面经1孔穿到前面来（A输液器管），注意让输液器开关留在白板的后面，如图2所示。把另一套输液器从开关处剪断，从白板前面与第一套输液器管相连，如图3所示。

3）把喷壶的底环切，点燃酒精灯，把小刀在酒精灯的外焰加热，再把加热的小刀在喷壶底部进行环切。环切完成后，把输液器塑料管缠绕在小茶罐的外面，缠绕的外形像“鸟巢”，塑料管相交处用热熔胶粘接固定，再用針在塑料管上扎十多个小孔，把塑料管轻放到喷壶里面，放置时，不要损坏输液器的塑料管，把喷壶壁割1 cm宽小口并把喷壶从小口处固定到2孔的螺丝上。塑料管进出口端朝上，以方便连接。如图4所示。把喷壶嘴锯开，插上乳胶管，拧到喷壶口上，注意防止漏水。如图5所示。

4）把乳胶管以“S”形用胶带粘到白板上，打开一套输液管（D输液器管），去掉针头，从白板后面经4孔穿出到白板的前面并缠绕乳胶管后，与喷壶里的塑料管口连接。注意要防止输液器的塑料管打结，以保证输液器塑料管内的液体流动顺畅。如图6和图7所示。

5）在白板的反面顶端均匀固定3个木螺丝。戴好乳胶手套。在氢氧化钠溶液里滴加酚酞试剂，直到溶液变成红色。把3瓶生理盐水用注射器抽出，按1、2、3顺序编号。再依次向第1号瓶注入500 ml红色的氢氧化钠溶液；2号瓶注入200 ml稀盐酸；3号瓶注入500 ml稀碘液。在白板的反面，从右向左，依次按1、2、3序号挂在木螺丝上。1号瓶（装氢氧化钠溶液）插入经过1孔的A输液器管和经过4孔的D输液器管；连接2号瓶（装稀盐酸）的是B输液器管，B输液器管的末端针头经3孔插入喷壶内；插入3号瓶（装稀碘液）的是C输液器管，C输液器管末端针头经4孔插入乳胶管中。如图8所示。

1.3  使用方法

1）打开连接1号瓶的A、D两个输液器管开关，红色的氢氧化钠溶液（模拟血液）流经输液器的塑料管球（模拟肾小球），渗透到喷壶口处，颜色仍旧是红色（模拟血液如果未经肾小球的过滤作用的状况）。红色液体渗透地越来越多，同时，缠绕在乳胶管（模拟肾小管）外的输液器管（模拟出球小动脉）也成为红色。如图9所示。

2）打开2号瓶开关，稀盐酸进入容器，并与红色的氢氧化钠溶液进行中和反应，导致溶液不再显碱性，由于酚酞遇碱才变红色，此时溶液红色消退，变成无色（模拟红色血液经肾小球的过滤，变成无色的原尿），这样“红色血液”经“肾小球”过滤，变成无色的“原尿”。如图10所示。

3）打开3号瓶的C输液器开关，淡黄色的稀碘液（模拟尿液）经乳胶管（模拟肾小管）汇入烧杯中，如图11所示。说明原尿流经肾小管时，被肾小管重吸收形成淡黄色的尿液。这样血液经肾小球过滤成原尿、原尿经肾小管重吸收形成尿液的动态演示过程完成。

2  教具优点和使用情况分析

该教具在教学实际应用一段时间后发现，教具被任课教师和广大学生所认可，总结以下优点。

1）符合教学性要求和基础教育课程改革的基本理念，有助于促进素质教育，培养创新精神和实践能力。教具外形结构更像是一个放大的肾单位结构，形象逼真，在教学中容易引发学生的兴趣和思考。

2）创新性突出，教具构思新颖，设计巧妙，体现新的教学实践活动方式、方法和内容。在新技术、新材料、新工艺方面有创新发展。把化学知识和生物知识相融合，利用酚酞试剂遇碱变红色，被酸中和又变无色的创新设计，实现血液经肾小球过滤形成原尿的动态变化构想。

3）教具展示血液经肾小球的过滤作用形成原尿，原尿经肾小管的重吸收作用形成尿液的科学过程和规律，符合学生的认知规律。把抽象的科学原理形象化和具体化。现在，初中生物教学中几乎没有动态演示的教具，该教具可以填补这方面的空白。通过该教具在实际教学中的应用，发现学生对肾单位的结构有了更加深入的理解和掌握，对原尿和尿液的形成过程有了系统的认识。教具得到教师同行的认可和赞同。

4）实用性强，取材容易，结构简单，动静结合，易于操作，使用起来比较稳定，安全可靠，造价低廉，外形模拟肾单位的构造，易于自制推广且有利于环保。

3  参考文献

[1] 義务教育教科书（五·四学制） 生物学 七年级上册[M].济南：山东科学技术出版社，2020.