De nombreux lycées enseignent la biologie, la chimie et la physique dans des classes séparées. Des classes séparées peuvent suggérer que les sujets ne sont pas liés, mais ce serait une hypothèse inexacte. Des cours de sciences intégrés liant de plus en plus les matières de biologie, chimie et physique.
Définir et intégrer les disciplines scientifiques
Comme Merriam-Webster les définit, la biologie est l'étude de la vie, plus précisément « une branche de la connaissance qui traite des organismes vivants et des processus vitaux »; la chimie consiste en « une science qui traite de la composition, de la structure et des propriétés des substances et des transformations qu'elles subissent »; et la physique signifie "une science qui traite de la matière et de l'énergie et de leurs interactions".
Intégrer la biologie et la chimie
La relation entre la chimie et la biologie offre de nombreuses connexions et expériences scientifiques possibles pour les étudiants en biologie. Toute vie dépend de processus chimiques. Le processus chimique de la photosynthèse, qui utilise l'énergie du soleil pour convertir l'eau et le dioxyde de carbone en glucose (sucre), constitue la base de la plupart des chaînes alimentaires. Comme la photosynthèse, la chimiosynthèse stocke l'énergie par le biais de processus chimiques et sous-tend les chaînes alimentaires le long des évents marins profonds, suggérant des possibilités pour la première vie de la Terre et la vie sur d'autres planètes et lunes.
La bioluminescence signifie lumière vivante. Les processus chimiques dans une variété d'organismes, allant des plantes aux champignons en passant par les animaux, y compris les dinoflagellés, les méduses et les baudroies, créent cette lumière vivante. La digestion et la respiration cellulaire dépendent également des réactions chimiques au sein des organismes vivants. Comprendre la chimie de la production pétrolière, basée sur la décomposition des algues sous la chaleur et la pression, offre une solution à l'énergie globale crise en fabriquant du pétrole à partir d'algues, mais cela crée potentiellement une autre crise environnementale en continuant à utiliser des ressources fossiles auparavant non renouvelables. carburants.
Intégrer la biologie et la physique
La physique des organismes vivants offre également des possibilités d'expériences scientifiques pour les étudiants en biologie. La physique comprend les études de la mécanique, de la chaleur, de la lumière, de l'électricité et du son. L'étude de l'énergie utilisée par les organismes vivants, qu'elle soit issue de la photosynthèse ou de la respiration cellulaire, brouille la frontière entre la biologie et la physique. Les études de bioluminescence examinent à la fois l'énergie et la lumière générées par les organismes, combinant la physique et la biologie. L'électricité du système nerveux, les mécanismes qui déclenchent l'hibernation ou l'estivation, et la sensibilité de la rétine et du tympan appliquent les principes de la physique aux mécanismes de organismes.
Les études sur les forces qui brisent les os donnent un aperçu des conceptions biomécaniques pour réparer ces mêmes os à leur force pré-cassé et suggère des méthodes pour corriger les défauts environnementaux ou génétiques ou carences. La compréhension de la mécanique et des exigences structurelles de diverses articulations du corps a déjà fourni les informations nécessaires pour concevoir des articulations de remplacement du genou, de la hanche et de l'épaule.
Intégrer la biologie, la chimie et la physique
Les organismes, qu'ils soient vivants, morts ou éteints, fonctionnent grâce à la combinaison de leurs éléments biologiques, chimiques et physiques. Les compréhensions de ces disciplines donnent un aperçu des caractéristiques évolutives et structurelles des organismes. Par exemple, les arbres se dressent parce que la cellulose de leurs parois cellulaires et l'eau stockée dans leurs vacuoles fournissent la résistance structurelle nécessaire pour soutenir les arbres biomasse, y compris les feuilles qui convertissent l'eau et le dioxyde de carbone en énergie pour alimenter les processus chimiques qui permettent aux cellules de croître et de se reproduire pour former de nouvelles cellules. Comprendre la force structurelle des os et les processus chimiques du métabolisme aide les scientifiques à comprendre et à recréer la biologie d'organismes éteints comme les dinosaures et les reptiles marins. L'étude de la physique et de la chimie des systèmes biologiques liés à la Terre suggère l'existence et les structures de formes de vie potentielles dans des conditions extraterrestres.
Biologie, Chimie ou Physique ?
De nombreux collèges offrent maintenant des programmes scientifiques intégrés plutôt que des études isolées en biologie, chimie ou physique. Ces programmes collégiaux reconnaissent l'interconnectivité des disciplines scientifiques. Les normes scientifiques actuelles de la maternelle au secondaire se concentrent sur les sciences intégrées, avec une emphase croissante sur la science, la technologie, l'ingénierie et les mathématiques interconnectées (STEM ou, avec l'ajout de l'art, STEAM) éducation. De nombreux collèges, allant du programme de sciences intégrées de Princeton au département de chimie et de biochimie de l'Université de l'Oregon en passant par le Le département de biologie du Harvey Mudd College propose désormais des cours et des diplômes qui ne se limitent pas à un seul domaine scientifique traditionnel. la discipline.