Sok középiskolában külön osztályként tanítják a biológiát, a kémiát és a fizikát. Külön osztályok utalhatnak arra, hogy a tantárgyak nem kapcsolódnak egymáshoz, de ez pontatlan feltételezés lenne. Az integrált természettudományi órák egyre inkább összekapcsolják a biológia, a kémia és a fizika tantárgyakat.
A tudományterületek meghatározása és integrálása
Amint Merriam-Webster meghatározza őket, a biológia az élet tanulmányozása, pontosabban "az ismeretek egy ága, amely az élő szervezetekkel és a létfontosságú folyamatokkal foglalkozik"; a kémia "tudományból áll, amely az anyagok összetételével, felépítésével és tulajdonságokkal, valamint az általuk átalakuló átalakulásokkal foglalkozik"; a fizika pedig "tudományt jelent, amely az anyaggal és az energiával, valamint ezek kölcsönhatásaival foglalkozik".
A biológia és a kémia integrálása
A kémia és a biológia kapcsolata számos lehetséges kapcsolatot és természettudományos kísérletet kínál a főiskolai hallgatók számára a biológia területén. Az egész élet a kémiai folyamatoktól függ. A fotoszintézis kémiai folyamata, amely a nap energiáját felhasználva a vizet és a szén-dioxidot glükózzá (cukorrá) alakítja, képezi a legtöbb tápláléklánc alapját. A fotoszintézishez hasonlóan a kemoszintézis kémiai folyamatok révén tárolja az energiát, és alátámasztja az élelmiszerláncokat a mélytengeri szellőzők mentén, ami a Föld legkorábbi életének és más bolygók életének lehetőségeit sugallja holdak.
A biolumineszcencia élő fényt jelent. Kémiai folyamatok különféle organizmusokban, a növényektől a gombákon át az állatokig, beleértve a dinoflagellátumokat, a medúzákat és a horgászhalakat, létrehozzák ezt az élő fényt. Az emésztés és a sejtlégzés az élő szervezetek kémiai reakcióitól is függ. Az olajtermelés kémiai megértése, amely az algák hő és nyomás alatt történő bomlásán alapul, egy megoldást kínál a globális energiára krízis azáltal, hogy kőolajat állítanak elő algákból, de potenciálisan újabb környezeti válságot okozhat a korábban megújíthatatlan fosszilis üzemanyagok.
A biológia és a fizika integrálása
Az élő szervezetek fizikája tudományos kísérleti lehetőségeket is kínál a biológia főiskolai hallgatói számára. A fizika magában foglalja a mechanika, a hő, a fény, az elektromosság és a hang tanulmányozását. Az élő organizmusok által használt energia tanulmányozása, legyen az fotoszintézis vagy sejtlégzés, elhomályosítja a határt a biológia és a fizika között. A biolumineszcencia tanulmányok mind az energiát, mind a szervezetek által generált fényt megvizsgálják, a fizikát és a biológiát ötvözve. - Az idegrendszer elektromossága, a hibernálást vagy az észlelést kiváltó mechanizmusok és a retina és a dobhártya érzékenysége a fizika alapelveit alkalmazza a élőlények.
A csontokat törő erők tanulmányozása betekintést nyújt a biomechanikai tervekbe ezek javítására csontok előre törött erejéig, és módszereket javasol a környezeti vagy genetikai hibák kijavítására, ill hiányosságok. A különféle testízületek mechanikájának és szerkezeti követelményeinek megértése már megadta a térd-, csípő- és vállízületek cseréjének tervezéséhez szükséges információkat.
A biológia, a kémia és a fizika integrálása
Az élõ, elhalt vagy kihalt szervezetek az együttes biológiai, kémiai és fizikai elemek miatt mûködnek. Ezeknek a tudományágaknak a megértése betekintést nyújt a szervezetek evolúciós és szerkezeti jellemzőibe. Például a fák azért állnak, mert a sejtfalaikban lévő cellulóz és a vakuolokban tárolt víz biztosítja a szerkezeti szilárdságot a fa biomassza, beleértve azokat a leveleket is, amelyek a vizet és a szén-dioxidot energiává alakítják, hogy táplálják azokat a kémiai folyamatokat, amelyek lehetővé teszik a sejtek növekedését és szaporodását, hogy új sejtek. A csontok szerkezeti szilárdságának és az anyagcsere kémiai folyamatainak megértése segít a tudósoknak megérteni és újra létrehozni a kihalt organizmusok biológiáját, például a dinoszauruszokat és a tengeri hüllőket. A földhöz kötött biológiai rendszerek fizikájának és kémiajának tanulmányozása a földön kívüli körülmények között a potenciális életformák létezésére és felépítésére utal.
Biológia, kémia vagy fizika?
Számos főiskola ma már integrált tudományos programokat kínál, nem pedig elszigetelt biológiai, kémiai vagy fizikai tanulmányokat. Ezek az egyetemi programok elismerik a tudományos diszciplínák összekapcsolhatóságát. A jelenlegi óvoda a középiskolai tudományos normákon keresztül az integrált tudományra összpontosít, egyre nagyobb hangsúlyt fektetve az összekapcsolt tudományról, technológiáról, mérnöki tudományról és matematikáról (STEM vagy művészet hozzáadásával STEAM) oktatás. Számos főiskola, a Princetoni Integrált Tudományos Tananyagtól kezdve az Oregoni Egyetem Kémiai és Biokémiai Tanszékén át a A Harvey Mudd Főiskola biológiai tanszéke olyan kurzusokat és diplomákat kínál, amelyek nem korlátozódnak egyetlen hagyományos tudományos szakra fegyelem.
