Много гимназии преподават биология, химия и физика като отделни класове. Отделни класове може да предполагат, че предметите не са свързани, но това би било неточно предположение. Интегрираните часове по природни науки все повече свързват предметите биология, химия и физика.
Определяне и интегриране на научните дисциплини
Както Merriam-Webster ги дефинира, биологията е изучаване на живота, по-точно „клон на знанието, който се занимава с живите организми и жизнените процеси“; химията се състои от "наука, която се занимава със състава, структурата и свойствата на веществата и с трансформациите, които те претърпяват"; а физиката означава „наука, която се занимава с материя и енергия и техните взаимодействия“.
Интегриране на биологията и химията
Връзката между химията и биологията предлага много възможни връзки и научни експерименти за студенти по биология. Целият живот зависи от химичните процеси. Химичният процес на фотосинтеза, който използва слънчевата енергия, за да превърне водата и въглеродния диоксид в глюкоза (захар), формира основата на повечето хранителни вериги. Подобно на фотосинтезата, хемосинтезата съхранява енергия чрез химични процеси и подпомага хранителните вериги покрай дълбоки морски отвори, предполагащи възможности за най-ранния живот на Земята и живота на други планети и луни.
Биолуминесценция означава жива светлина. Химичните процеси в различни организми, вариращи от растения до гъбички до животни, включително динофлагелати, медузи и риболовни риби, създават тази жива светлина. Храносмилането и клетъчното дишане също зависят от химичните реакции в живите организми. Разбирането на химията на производството на петрол, основаващо се на разлагането на водорасли под топлина и налягане, предлага едно решение за глобалната енергия криза чрез получаване на нефт от водорасли, но потенциално създава нова екологична криза чрез продължително използване на невъзобновяеми преди това изкопаеми горива.
Интегриране на биологията и физиката
Физиката на живите организми също предлага възможности за научни експерименти за студенти по биология. Физиката включва изучаване на механика, топлина, светлина, електричество и звук. Изследванията на енергията, използвана от живите организми, независимо дали от фотосинтеза или клетъчно дишане, размиват границата между биологията и физиката. Изследванията на биолуминесценцията изследват както енергията, така и светлината, генерирана от организмите, съчетавайки физика и биология. Електричеството на нервната система, механизмите, които предизвикват хибернация или събуждане, и чувствителността на ретината и тъпанчето прилагат принципите на физиката към механизмите на организми.
Изследванията на силите, които разбиват костите, дават представа за биомеханичните проекти за поправянето им кости до тяхната предварително счупена сила и предлага методи за коригиране на екологични или генетични дефекти или недостатъци. Разбирането на механиката и структурните изисквания на различни стави на тялото вече е предоставило информацията, необходима за проектиране на заместващи коленни, тазобедрени и раменни стави.
Интегриране на биология, химия и физика
Организмите, независимо дали са живи, мъртви или изчезнали, функционират поради техните комбинирани биологични, химични и физични елементи. Разбиранията от тези дисциплини дават представа за еволюционните и структурни характеристики на организмите. Например дърветата стоят, защото целулозата в клетъчните им стени и водата, съхранявана във вакуолите им, осигуряват структурната здравина, за да задържат дървесните биомаса, включително листата, които превръщат водата и въглеродния диоксид в енергия, за да подхранват химичните процеси, които позволяват на клетките да растат и да се размножават, за да образуват нови клетки. Разбирането на структурната здравина на костите и химичните процеси на метаболизма помага на учените да разберат и пресъздадат биологията на изчезнали организми като динозаври и морски влечуги. Изучаването на физиката и химията на свързаните със Земята биологични системи предполага съществуването и структурите на потенциалните форми на живот при извънземни условия.
Биология, химия или физика?
Сега много колежи предлагат интегрирани научни програми, а не изолирани изследвания по биология, химия или физика. Тези колеж програми признават взаимната свързаност на научните дисциплини. Настоящата детска градина чрез научните стандарти в гимназията се фокусира върху интегрираната наука с все по-голям акцент по взаимосвързани науки, технологии, инженерство и математика (STEM или, с добавяне на изкуство, STEAM) образование. Много колежи, вариращи от интегрираната учебна програма на Принстън до Катедрата по химия и биохимия на Университета в Орегон до Отделът по биология в колеж Харви Мъд вече предлага курсове и степени, които не се ограничават до една традиционна научна дейност дисциплина.