שלוש הרמות של מדע הטבע

מדע הטבע הוא מונח מטריה המשמש לתיאור מספר תחומי משנה במדע, כולל כל הנוגע לחומר, אנרגיה וכיצד אלה מגיבים ומתמרים זה בזה. במכללות ברחבי ארצות הברית, המחלקות למדעי הטבע בנויות לרוב במתכונת בין תחומית, השואבת מתחומי מדע רבים ולעתים אף מתמטיקה. עם זאת, בדרך כלל ניתן לחלק את מדעי הטבע לשלוש קטגוריות עיקריות: ביולוגיה, כימיה ופיזיקה. כל אחד מאלה הוא תחום לימוד בפני עצמו, אך יש גם כמה תחומי משנה בכל אחד מהם.

ביולוגיה מתמקדת בחיים על כל צורותיהם - בני אדם, בעלי חיים, צמחים ואורגניזמים אחרים. ניתן לחלק את הביולוגיה גם לתחומי עניין נפרדים, כגון ביולוגיה מולקולרית ותאית, ביולוגיה אנושית, אקולוגיה וביולוגיה אבולוציונית, ביולוגיה התפתחותית, מיקרוביולוגיה ואימונולוגיה. תחומי משנה אלה מספקים גישה צרה יותר לסטודנטים למקד את כישוריהם ולימודיהם, אם כי לרוב המכללות יש דרישת ליבה הנחוצה להשלמת כל מגמות הביולוגיה. ליבה זו תכלול קורסי ביולוגיה, וכן שיעורים בכימיה ופיזיקה לסיום תכנית המדע.

כימיה היא תחום מרכזי נוסף במדעי הטבע, וכמו ביולוגיה, ישנן כמה קטגוריות משנה בולטות. כימיה אורגנית, אנליטית ופיזיקלית הם שלושה מתחומים אלה. בנוסף לדרישות הליבה לתואר, מגמות הכימיה יטבלו בשיעורים כמו כימיה כמותית, כימיה אנאורגנית, ביוכימיה תאית וניתוח אינסטרומנטלי העוסק בתיאוריות ושימושים בכימיקלים כלים. תוצאות הלמידה העיקריות בחקר הכימיה כוללות פתרון והסבר על בעיות, הפגנת כישורי מעבדה, הצגת תוצאות והבנת תיאוריות וכימיקלים כימיים.

הפיזיקה עוסקת בחוקי הטבע ובתכונות של סוגים שונים של חומר. תחום זה של מדעי הטבע מכסה מגוון רחב של נושאי משנה, כולל אלקטרוניקה, אופטיקה וגלים, מגנטיות, תרמודינמיקה ופיזיקה קוונטית. סטודנטים בתכנית לפיזיקה יחקרו את כל אלה, וישתתפו גם בפרויקטים מחקריים כדי לצבור ניסיון מעשי בדיסציפלינה. הפיזיקה גם שואבת בכבדות ממתמטיקה, וחשבון משחק תפקיד גדול במיוחד.

בנוסף לביולוגיה, כימיה ופיזיקה, מדעי הטבע כוללים גם תחומי לימוד בביוכימיה, מדעי המחשב, גיאולוגיה, מתמטיקה ופסיכולוגיה. תחומי משנה אלה מיוצגים לעתים קרובות במכללות עם מחלקה למדעי הטבע, מכיוון שהם כוללים גם חקר חומר, אנרגיה ואלמנטים אחרים בעולם הטבע. כחלק מקבוצה קולקטיבית, תחומים אלה חופפים לעיתים קרובות, כאשר סטודנטים שואבים ממספר תחומים להשלמת מסלולי הלימוד שלהם. לדוגמא, סטודנטים לביוכימיה ימצאו את עצמם עוברים מספר שיעורים במתמטיקה, וסטודנטים לפסיכולוגיה יעברו לרוב קורסים בתתי תחומי ביולוגיה, כגון אנטומיה ופיזיולוגיה.