《项目实践：设计家用智能尿检坐便器》课件 -生物北京版七下

(共35张PPT)
（北京版）七年级
下
项目实践
设计家用智能尿检坐便器
学习目标
生命观念：深化 “结构与功能相适应” 的生命观念，理解泌尿系统结构与尿液形成、人体健康的内在关联，树立 “尿液是人体健康晴雨表” 的健康生活意识。
科学思维：通过观察、实验、分析尿液指标的变化，发展逻辑推理与批判性思维，能基于科学证据解释尿液指标异常的可能成因。
探究实践：开展尿液颜色观察、泡沫实验、访谈调查、产品设计等实践活动，提升科学探究、工程设计与跨学科合作的实践能力。
态度责任：关注自身与家人的泌尿系统健康，养成健康的生活习惯，体会科技服务生活的价值，增强创新意识与社会责任感。
项目引导
有没有观察过自己的尿液颜色变化？尿液只是身体的排泄物吗？
为什么颜色会有变化？
这些变化能告诉我们身体的什么状态？
项目引导
通过检测血液、尿液等液体的成分，可以监测人体的健康状况。
尿液不仅是身体的排泄物，更是反映健康状况的“晴雨表”。通过分析尿液的各项指标，我们可以无创、快速地初步筛查脱水、感染、肝肾疾病等潜在健康风险。
项目引导
古代中医诊脉场景示意
尿液检测：现代健康的“晴雨表”
尿液成分检测是临床诊断的重要手段。通过分析尿液中的蛋白质、葡萄糖、红细胞等指标，医生能快速筛查糖尿病、肾病、泌尿系统感染等多种疾病，为健康保驾护航。
历史溯源：唐代名医的智慧发现
早在唐朝，名医甄立言在《古今录验方》中记载：消渴症（糖尿病）患者的尿液“味甘”，在夏秋季节易招引苍蝇。这是人类历史上最早关于尿液与疾病关系的科学观察之一。
项目实施
人在不同的生理状态下，尿液的成分、颜色、尿量等指标会发生变化。
活动1：揭秘正常生理条件下尿液指标的变化
可以通过以下途径探秘尿液指标的变化：
访谈医生，了解日常生活需要监测的尿液指标，如尿量、颜色、成分等，为观察正常生理条件下尿液指标的变化提供支持。
在没有大量食用富含色素的深色食物、正常饮水、无剧烈运动的情况下，观察、记录一天中不同时段尿液的颜色，比较差异。
（提示：为了保证观察结果的准确性，你也可以用透明的尿杯收集尿液，观察并拍照，收集过程性资料）
项目实施
排尿时间 晨起后 9：00-11：00 15：00-17：00 20：00-21：30
尿液颜色
正常生理条件下一天不同时段的尿液颜色
项目实施
生活中若食用了大量富含色素的食物〔如红心火龙果〕，或服用了深色保健药品〔如B族维生素〕，观察记录尿液颜色的变化。
（提示：可以家庭成员为研究对象，借助网络资源及说明书了解所食用食物或服用药物含有的成分及代谢途径）
观察记录剧烈运动或大量出汗后尿液颜色及尿量的变化。
项目实施
1.一天中尿液颜色最深的是哪段时间？尝试解释原因。
思考与讨论
晨起后（清晨第一次排尿）。原因：夜间饮水少，肾脏对尿液进行浓缩，代谢废物浓度升高，因此尿液颜色最深。
2.剧烈运动或大量出汗后，尿液颜色和尿量有什么变化？需要做出怎样的调整？
变化：尿量减少，尿液颜色变深（水分大量随汗液排出，尿液被浓缩）。
调整：及时补充水分（可补充淡盐水，补充流失的电解质），避免身体脱水。
项目实施
3.大量食用富含色素的食物或服用某些深色药物后，尿液的颜色为什么会发生变化？
思考与讨论
食物 / 药物中的色素（如红心火龙果的甜菜红素、B 族维生素的核黄素）无法被人体完全吸收，会随尿液排出体外，从而使尿液颜色发生改变。
4.出现以上情况时，尿液颜色的变化是否表明泌尿系统发生了疾病？
否。这些都是饮食、运动、药物等正常生理因素导致的尿液变化，属于正常生理现象，并非泌尿系统疾病。
项目实施
饮水因素
饮水量少会导致尿液浓缩，代谢废物浓度升高，尿液颜色变深。
运动因素
剧烈运动或大量出汗后，身体水分流失，尿量减少，尿液颜色也会随之变深。
饮食与药物
食用红心火龙果或服用B族维生素等食物/药物，会使尿液颜色发生明显的变红或变黄变化。
提示：上述情况均属于正常生理现象，调整生活习惯后尿液指标通常会恢复正常。
项目实施
活动2:探秘病理条件下尿液指标的变化
人在生病时，尿液的一些指标也会发生一定的变化
你可以参考以下提示实施探究：
借助网络或访谈医生，了解可以通过尿液指标变化做出判断的常见疾病。
项目实施
探究泡沫发生的原理。如图所示，向两个盛有100毫升清水的烧杯中分别加入10毫升鸡蛋清和10毫升清水，用玻璃棒充分搅拌，观察两个烧杯中的现象有何不同，并尝试解释原因。
项目实施
实验操作
向两个盛有清水的烧杯中，分别加入清水和鸡蛋清并进行充分搅拌。
实验现象
加入鸡蛋清的烧杯中会产生大量、细腻且持久不易消散的泡沫。
实验原理
鸡蛋清中的蛋白质改变了液体表面张力，形成稳定泡沫。此现象模拟了病理状态下尿液蛋白质增多形成泡沫尿的机制。
图：鸡蛋清搅拌产生泡沫现象
项目实施
探秘尿液状态、排尿次数及尿量等指标变化的原因。健康成年人白天排尿4~6次，夜间排尿0~2次，每次200~400毫升。
下表为某些疾病患者尿液的主要变化及症状：
疾病名称 尿液的变化和主要症状
肾小球肾炎 尿液泡沫增多，持久不消失；尿液颜色变深，有的尿检表现为血尿；有些患者尿量减少甚至无尿
膀胱炎 多有尿液浑浊、腥臭味，尿频、尿痛等症状，严重时几分钟需要排尿一次，单次尿量明显减少
尿道炎 多表现为尿频、尿痛、尿道刺痛、分泌物增多等
项目实施
1.肾小球肾炎患者为什么会出现泡沫尿，有时还会出现血尿？
一个人出现“泡沫尿”是否暗示泌尿系统一定发生了疾病？
怎样排除非病理条件下的“泡沫尿”？
思考与讨论
①肾小球肾炎会破坏肾小球的滤过屏障，原本不能滤过的蛋白质、红细胞会进入尿液：蛋白质改变尿液表面张力，形成持久不消失的泡沫尿；红细胞进入尿液则出现血尿。
②出现 “泡沫尿”不一定暗示泌尿系统疾病，存在非病理情况。
③排除方法：观察泡沫是否短时间快速消散；排查排尿过急、憋尿、高蛋白饮食、饮水不足等生理因素；调整生活方式后复查，排除非病理因素。
项目实施
2.收集资料或访谈医生，尝试解释表格中泌尿系统疾病的主要症状。
思考与讨论
①肾小球肾炎：肾小球滤过功能受损，蛋白质、血细胞漏入尿液，引发泡沫尿、血尿，滤过能力下降导致尿量减少甚至无尿。
②膀胱炎：膀胱黏膜受细菌感染，炎性分泌物使尿液浑浊、有腥臭味；炎症刺激膀胱引发尿频、尿痛，膀胱有效容量减小，单次尿量明显减少。
③尿道炎：尿道黏膜发生炎症，刺激尿道引发尿频、尿痛、尿道刺痛，炎症产生的分泌物增多。
项目实施
3.综合活动1和活动2，你认为哪些现象提示人们需要及时就医？
思考与讨论
提示及时就医的现象：尿液出现持久不消失的泡沫、血尿；尿液浑浊、有异常腥臭味；尿频、尿痛等排尿不适持续不缓解；尿量异常骤减甚至无尿；排除饮食、药物、运动等生理因素后，尿液颜色持续异常等。
项目实施
日间排尿频率
健康成人标准：4 - 6 次/ 白天
夜间排尿频率
健康成人标准：0 - 2 次/ 夜间
单次排尿量
健康成人标准：200 - 400 毫升/ 次
提示：了解这些标准有助于我们及时判断自身排尿是否正常，维护泌尿系统健康。
人体泌尿系统示意图
项目实施
活动3:设计家用智能尿检坐便器
智能坐便器是一种电子化的卫生洁具，通过智能控制技术，实现了一系列人性化、智能化的功能，优化了使用者的生活体验。
现代智能坐便器产品示例
项目实施
请结合本项目的探究活动，参考下面的提示尝试设计家用智能尿检坐便器的概念模型：
调查现有的智能坐便器类型，通过研究说明书了解其结构组成和工作原理。
为家里现用的坐便器增加“尿检”新功能。设计作品草图，标注主要组成部件名称、作用、材料、尺寸等关键信息。
项目实施
请结合本项目的探究活动，参考下面的提示尝试设计家用智能尿检坐便器的概念模型：
可以寻求信息技术、美术、物理、化学等学科老师的帮助，小组合作完成作品。力求制作的坐便器材料更环保，智能化程度更高，使用更方便（如增加语音功能等）。
参考现有的说明书，撰写自制智能坐便器的使用说明书，图文并茂、通俗易懂地介绍产品的工作原理、使用方法以及产品的创新之处等。
项目实施
设计要求明确：
① 绘制设计草图：标注主要部件名称、作用、材料、尺寸，突出 “尿检功能” 的核心设计；
② 明确尿检检测指标：结合前面知识，确定可检测的指标（如尿液颜色、泡沫情况、尿量，进阶可设计葡萄糖、蛋白质简易检测）；
③ 体现智能化与人性化：如自动感应取样、手机 APP 同步检测数据、异常指标提醒、隐私保护等；
④ 跨学科分工：生物组负责尿检功能的生理设计（取样、检测指标）；物理组负责结构设计（取样装置、检测模块的安装）；信息技术组负责智能控制（数据传输、提醒功能）；美工组负责外观设计（环保材料、美观实用）。
项目实施
设计家用智能尿检坐便器的概念模型：
类别 常见检测指标 临床意义
基础指标 pH 值、尿比重 评估酸碱平衡、肾脏浓缩功能
代谢指标 尿糖、尿酮体 筛查糖尿病、评估脂肪代谢
肾脏指标 尿蛋白、微量白蛋白 早期发现肾脏损伤、肾炎风险
感染指标 白细胞、亚硝酸盐 提示泌尿系统感染
其他指标 尿胆原、胆红素、隐血等 评估肝胆功能、检测血尿风险
项目实施
① 取样装置：如何实现 “自动、无接触取样”，避免污染？
坐便器内设置微型感应取样管，排尿后自动少量取样，检测后自动冲洗
② 检测模块：如何简化家用尿检流程，兼顾准确性与操作便捷性？
采用试纸检测 + 传感器识别，快速反馈结果
③ 数据安全：如何保护用户的尿检隐私？
本地数据存储、APP 密码解锁、数据加密
项目实施
适用人群：
慢性病患者（糖尿病、高血压、肾病）：长期监测，及时调整用药
中老年群体：早期发现肾脏 / 泌尿系统问题，降低并发症风险
备孕 / 孕期女性：便捷监测尿蛋白、尿糖，保障母婴健康
独居老人：远程健康监护，家人实时掌握身体状况
健康管理爱好者：日常监测，预防疾病
项目实施
1.你认为自制家用智能尿检坐便器有哪些方面的重要意义？
思考与讨论
实现家庭日常尿液健康监测，方便随时掌握自身及家人健康，做到疾病早发现、早预警；
可依据尿检数据指导卫生保健与生活调整，提供就医建议，提升家庭健康管理水平；
融合多学科知识，锻炼创新实践能力，推动科技服务居家健康生活.
2.目前的作品还有哪些有待改进之处？限制因素是什么？
3.你期待的未来智能坐便器是怎样的？
改进之处：提升尿检精度、拓展检测项目，优化操作便捷性与隐私保护，降低成本，采用环保材料；限制因素：核心检测传感器的技术精度、医疗级认证要求、数据安全与隐私保护、研发生产成本、用户使用习惯等。
成果展示
1.将实践活动结果整理成研究报告，初步解读尿液颜色、尿量、频次等指标中可能暗示的健康或疾病信息，并提供初步的生活调整措施或就医指导建议，在校园的橱窗中进行展示宣传。
2.在全班展示并介绍自制的家用智能尿检坐便器设计图纸，解释产品是如何发挥作用的，以及基于获取的信息怎样指导健康和就医。说明产品的创新之处，并请医生等专业人士评价你的作品。
你还可以访谈大数据、云计算等领域的专业人士，迭代你的作品；通过国家知识产权局网站，申请专利。
成果展示
课堂练习
1.正常生理状态下（正常饮水、无剧烈运动、未大量食用深色食物），一天中尿液颜色最深的时段是（ ）
A. 晨起后
B. 9:00—11:00
C. 15:00—17:00
D. 20:00—21:30
A
课堂练习
2.下列尿液变化中，属于肾小球肾炎患者典型症状的是（ ）
A. 尿液浑浊、有腥臭味，伴随尿频、尿痛
B. 尿液泡沫增多、持久不消失，部分患者出现血尿
C. 尿频、尿道刺痛、尿道分泌物增多
D. 尿液颜色大幅变浅、尿量异常增多
B
课堂练习
3.在探究泡沫尿产生原理的实验中，向清水中加入鸡蛋清并搅拌后产生大量持久泡沫，原因是鸡蛋清中富含的（ ）改变了液体的表面张力
A. 糖类
B. 脂肪
C. 蛋白质
D. 无机盐
C
课堂小结