Paljudes keskkoolides õpetatakse bioloogiat, keemiat ja füüsikat eraldi klassidena. Eraldi klassid võivad oletada, et õppeained pole omavahel seotud, kuid see oleks ebatäpne oletus. Integreeritud loodusõpetuse tunnid ühendavad üha enam bioloogia, keemia ja füüsika aineid.
Teadusvaldkondade määratlemine ja integreerimine
Nagu Merriam-Webster neid määratleb, on bioloogia elu uurimine, täpsemalt "teadmiste haru, mis tegeleb elusorganismide ja elutähtsate protsessidega"; keemia koosneb "teadusest, mis käsitleb ainete koostist, struktuuri ja omadusi ning nende läbitavaid transformatsioone"; ja füüsika tähendab "teadust, mis tegeleb aine ja energiaga ning nende vastastikmõjuga".
Bioloogia ja keemia integreerimine
Keemia ja bioloogia vaheline seos pakub bioloogiaalastele üliõpilastele palju võimalikke seoseid ja teaduskatseid. Kogu elu sõltub keemilistest protsessidest. Fotosünteesi keemiline protsess, mis kasutab päikese energiat vee ja süsinikdioksiidi muutmiseks glükoosiks (suhkur), on enamiku toiduahelate alus. Nagu fotosüntees, salvestab kemosüntees keemiliste protsesside kaudu energiat ja toetab toiduahelaid mööda süvamere ventilatsiooniavasid, pakkudes võimalusi Maa varasemaks eluks ja eluks teistel planeetidel ja kuud.
Bioluminestsents tähendab elavat valgust. Keemilised protsessid mitmesugustes organismides, alates taimedest seenteni kuni loomadeni, sealhulgas dinoflagellaadid, meduusid ja õngekalad, loovad selle elava valguse. Seedimine ja rakuhingamine sõltuvad ka elusorganismide keemilistest reaktsioonidest. Naftatootmise keemia mõistmine, mis põhineb vetikate lagunemisel kuumuse ja rõhu all, pakub ühe lahenduse ülemaailmsele energiale tekitades vetikatest naftat, kuid see võib varem taastumatute fossiilide jätkuva kasutamise tõttu tekitada uue keskkonnakriisi. kütused.
Bioloogia ja füüsika integreerimine
Elusorganismide füüsika pakub bioloogiatudengitele ka võimalusi teaduskatseteks. Füüsika hõlmab mehaanika, soojuse, valguse, elektri ja heli uurimist. Elusorganismide energia uurimine, olgu see siis fotosüntees või rakuhingamine, hägustab piiri bioloogia ja füüsika vahel. Bioluminestsentsi uuringud uurivad nii organismide poolt tekitatud energiat kui ka valgust, ühendades füüsika ja bioloogia. Närvisüsteemi elekter, talveunerežiimi või estivatsiooni käivitavad mehhanismid ja võrkkesta ja kuulmekile tundlikkus rakendab füüsika põhimõtteid organismid.
Luud murdvate jõudude uurimine annab ülevaate biomehaanilistest konstruktsioonidest nende parandamiseks luud nende eelnevalt purustatud tugevuseni ja soovitab meetodeid keskkonna- või geneetiliste defektide parandamiseks või puudused. Erinevate kereliigeste mehaanika ja konstruktsiooninõuete mõistmine on juba andnud teavet, mis on vajalik põlve-, puusa- ja õlaliigeste asendamiseks.
Bioloogia, keemia ja füüsika integreerimine
Elusad, surnud või väljasurnud organismid toimivad nende kombineeritud bioloogiliste, keemiliste ja füüsikaliste elementide tõttu. Nende teadusharude mõistmine annab ülevaate organismide evolutsioonilistest ja struktuurilistest omadustest. Näiteks seisavad puud seetõttu, et nende rakuseintes olev tselluloos ja vakuoolidesse ladustatud vesi tagavad puu tugevuse hoidmiseks struktuurse tugevuse biomass, sealhulgas lehed, mis muudavad vee ja süsinikdioksiidi energiaks, et toita keemilisi protsesse, mis võimaldavad rakkudel kasvada ja paljuneda, moodustades uusi rakke. Luude struktuurse tugevuse ja ainevahetuse keemiliste protsesside mõistmine aitab teadlastel mõista ja uuesti luua väljasurnud organismide, näiteks dinosauruste ja meriroomajate bioloogiat. Maaga seotud bioloogiliste süsteemide füüsika ja keemia uurimine viitab potentsiaalsete eluvormide olemasolule ja struktuuridele maavälistes tingimustes.
Bioloogia, keemia või füüsika?
Paljud kolledžid pakuvad nüüd integreeritud teadusprogramme, mitte üksikuid bioloogia-, keemia- või füüsikaõpinguid. Need ülikooliprogrammid tunnustavad teadusharude omavahelist seotust. Praegune lasteaed keskendub keskkooli teadusstandardite kaudu integreeritud teadusele, pöörates üha suuremat rõhku ühendatud teaduse, tehnoloogia, inseneriteaduste ja matemaatika kohta (STEM või kunsti lisamisega STEAM) haridus. Paljud kolledžid, alates Princetoni integreeritud teaduse õppekavast kuni Oregoni ülikooli keemia ja biokeemia osakonna Harvey Muddi kolledži bioloogiaosakond pakub nüüd kursusi ja kraadi, mis ei piirdu ühe traditsioonilise teadusega distsipliin.