多くの高校では、生物学、化学、物理学を別々のクラスとして教えています。 別々のクラスは、主題が無関係であることを示唆するかもしれませんが、これは不正確な仮定になります。 生物学、化学、物理学の主題をますますリンクする統合された科学のクラス。
科学分野の定義と統合
Merriam-Websterが定義しているように、生物学は生命の研究であり、より具体的には「生物と生命過程を扱う知識の分野」です。 化学は、「物質の組成、構造、特性、およびそれらが受ける変換を扱う科学」で構成されています。 物理学とは、「物質とエネルギー、およびそれらの相互作用を扱う科学」を意味します。
生物学と化学の統合
化学と生物学の関係は、生物学の大学生に多くの可能なつながりと科学実験を提供します。 すべての生命は化学プロセスに依存しています。 太陽のエネルギーを利用して水と二酸化炭素をブドウ糖（砂糖）に変換する光合成の化学プロセスは、ほとんどの食物連鎖の基盤を形成しています。 光合成と同様に、化学合成は化学プロセスを通じてエネルギーを蓄え、食物連鎖を支えます 深海の噴出孔に沿って、地球の最も初期の生命と他の惑星での生命の可能性を示唆し、 月。
生物発光は生きている光を意味します。 渦鞭毛藻、クラゲ、アンコウなど、植物から菌類、動物に至るまで、さまざまな生物の化学プロセスがこの生きた光を作り出しています。 消化と細胞呼吸も生体内の化学反応に依存します。 熱と圧力の下での藻類の分解に基づいて、石油生産の化学を理解することは、世界のエネルギーに対する1つの解決策を提供します 藻類から石油を作ることによる危機ですが、以前は再生不可能だった化石の継続的な使用を通じて、別の環境危機を引き起こす可能性があります 燃料。
生物学と物理学の統合
生物の物理学は、生物学の大学生に科学実験の機会も提供します。 物理学には、力学、熱、光、電気、音の研究が含まれます。 光合成であろうと細胞呼吸であろうと、生物が使用するエネルギーの研究は、生物学と物理学の境界線を曖昧にします。 生物発光の研究では、物理学と生物学を組み合わせて、生物が生成するエネルギーと光の両方を調べます。 神経系の電気、冬眠または夏眠を引き起こすメカニズム、および 網膜と鼓膜の感度は、物理学の原理を 生物。
骨を壊す力の研究は、それらを修復するための生体力学的設計への洞察を提供します 骨が壊れた前の強度になり、環境的または遺伝的欠陥を修正する方法を提案します。 欠陥。 さまざまな身体関節の力学と構造要件を理解することで、人工膝関節、股関節、肩関節の交換を設計するために必要な情報がすでに提供されています。
生物学、化学、物理学の統合
生物は、生きているか、死んでいるか、絶滅しているかにかかわらず、生物学的、化学的、物理的要素が組み合わされているために機能します。 これらの分野からの理解は、生物の進化的および構造的特徴への洞察を提供します。 たとえば、樹木は、細胞壁のセルロースと液胞に蓄えられた水が樹木を支える構造的強度を提供するために立っています。 水と二酸化炭素をエネルギーに変換する葉を含むバイオマスは、細胞が成長して再生し、新しいものを形成することを可能にする化学プロセスに燃料を供給します 細胞。 骨の構造的強度と代謝の化学的プロセスを理解することは、科学者が恐竜や海棲爬虫類などの絶滅した生物の生物学を理解し、再現するのに役立ちます。 地球に結合した生物系の物理学と化学を研究することは、地球外の条件下での潜在的な生命体の存在と構造を示唆しています。
生物学、化学、それとも物理学？
現在、多くの大学は、生物学、化学、または物理学の孤立した研究ではなく、統合された科学プログラムを提供しています。 これらの大学のプログラムは、科学分野の相互接続性を認識しています。 高校の科学基準を通じた現在の幼稚園は、ますます重点を置いて、統合された科学に焦点を合わせています 相互接続された科学、技術、工学、数学（STEM、またはアートを追加してSTEAM） 教育。 プリンストンの統合科学カリキュラムからオレゴン大学の化学および生化学科に至るまで、多くの大学が ハーベイマッドカレッジの生物学部は現在、単一の伝統的な科学に限定されないコースと学位を提供しています 規律。