Daugelyje aukštųjų mokyklų biologija, chemija ir fizika mokoma kaip atskiros klasės. Atskiros klasės gali reikšti, kad tiriamieji nėra susiję, tačiau tai būtų netiksli prielaida. Integruotos gamtos mokslų klasės vis labiau susieja biologijos, chemijos ir fizikos dalykus.
Mokslo disciplinų apibrėžimas ir integravimas
Kaip juos apibrėžia Merriam-Webster, biologija yra gyvenimo tyrimas, tiksliau „žinių šaka, susijusi su gyvaisiais organizmais ir gyvybiniais procesais“; chemija susideda iš "mokslo, nagrinėjančio medžiagų sudėtį, struktūrą ir savybes bei jų transformacijas"; o fizika reiškia „mokslas, nagrinėjantis medžiagą ir energiją bei jų sąveiką“.
Biologijos ir chemijos integravimas
Chemijos ir biologijos santykis siūlo daugybę galimų ryšių ir mokslo eksperimentų biologijos kolegijos studentams. Visas gyvenimas priklauso nuo cheminių procesų. Cheminis fotosintezės procesas, kurio metu saulės energija paverčia vandenį ir anglies dioksidą gliukoze (cukrumi), yra daugumos maisto grandinių pagrindas. Kaip ir fotosintezė, chemosintezė kaupia energiją cheminių procesų metu ir yra maisto grandinių pagrindas išilgai giliavandenių angų, siūlančių galimybes anksčiausiai Žemės gyvybei ir gyvybei kitose planetose ir mėnuliai.
Bioliuminescencija reiškia gyvą šviesą. Cheminiai procesai įvairiuose organizmuose, pradedant augalais, grybais ir gyvūnais, įskaitant dinoflagelatus, medūzas ir meškeriotąsias žuvis, sukuria šią gyvą šviesą. Virškinimas ir ląstelių kvėpavimas taip pat priklauso nuo cheminių reakcijų gyvuose organizmuose. Suprasti naftos gavybos chemiją, pagrįstą dumblių skaidymu, veikiant šilumai ir slėgiui, siūlomas vienas pasaulinės energijos sprendimas iš dumblių gaminant naftą, tačiau tai gali sukelti dar vieną aplinkos krizę toliau naudojant anksčiau neatsinaujinančias fosilijas kuras.
Biologijos ir fizikos integravimas
Gyvų organizmų fizika taip pat siūlo mokslo eksperimentų galimybes biologijos studentams. Fizika apima mechanikos, šilumos, šviesos, elektros ir garso studijas. Gyvų organizmų energijos, tiek fotosintezės, tiek ląstelių kvėpavimo, tyrimai ištiria biologijos ir fizikos ribas. Bioliuminescencijos tyrimai ištiria organizmų energiją ir šviesą, derindami fiziką ir biologiją. Nervų sistemos elektra, mechanizmai, sukeliantys žiemos miegą ar sunaikinimą ir tinklainės ir būgnelio jautrumas taiko fizikos principus organizmai.
Tyrimai apie jėgas, kurios laužo kaulus, suteikia įžvalgų apie biomechaninį dizainą taisant tuos pačius kaulus iki iš anksto sulaužytos jėgos ir siūlo metodus, kaip ištaisyti aplinkos ar genetinius defektus arba trūkumai. Suprasti įvairių kūno sąnarių mechaniką ir konstrukcinius reikalavimus jau suteikta informacija, reikalinga suprojektuoti pakaitinius kelio, klubo ir pečių sąnarius.
Biologijos, chemijos ir fizikos integravimas
Organizmai, gyvi, negyvi ar išnykę, funkcionuoja dėl jų sujungtų biologinių, cheminių ir fizinių elementų. Šių disciplinų supratimas suteikia supratimą apie organizmų evoliucines ir struktūrines savybes. Pavyzdžiui, medžiai stovi, nes jų ląstelių sienelėse esanti celiuliozė ir vakuolėse susikaupęs vanduo suteikia struktūrinį tvirtumą medžio sulaikymui. biomasė, įskaitant lapus, kurie vandenį ir anglies dvideginį paverčia energija, skatina cheminius procesus, kurie leidžia ląstelėms augti ir daugintis, kad sudarytų naujas ląstelių. Suprasti kaulų struktūrinį stiprumą ir cheminius medžiagų apykaitos procesus mokslininkai padeda suprasti ir atkurti išnykusių organizmų, tokių kaip dinozaurai ir jūrų ropliai, biologiją. Studijuojant su žeme susietų biologinių sistemų fiziką ir chemiją galima spręsti apie potencialių gyvybės formų egzistavimą ir struktūras nežemiškomis sąlygomis.
Biologija, chemija ar fizika?
Daugelis kolegijų dabar siūlo integruotas mokslo programas, o ne atskirus biologijos, chemijos ar fizikos tyrimus. Šios kolegijos programos pripažįsta mokslo disciplinų tarpusavio ryšį. Dabartinis vaikų darželis pagal aukštųjų mokyklų mokslo standartus daugiausia dėmesio skiria integruotiems mokslams dėl sujungtų mokslų, technologijų, inžinerijos ir matematikos (STEM arba, pridėjus meno, STEAM) švietimas. Daugelis kolegijų, pradedant Prinstono integruotomis mokslo programomis, baigiant Oregono universiteto Chemijos ir biochemijos katedra, baigiant Harvey Muddo koledžo biologijos katedra dabar siūlo kursus ir laipsnius, kurie neapsiriboja vienu tradiciniu mokslu drausmė.