Wiele szkół średnich uczy biologii, chemii i fizyki jako osobne klasy. Oddzielne zajęcia mogą sugerować, że przedmioty nie są ze sobą powiązane, ale byłoby to założenie niedokładne. Zintegrowane zajęcia przyrodnicze w coraz większym stopniu łączą przedmioty biologii, chemii i fizyki.
Definiowanie i integrowanie dyscyplin naukowych
Jak definiuje je Merriam-Webster, biologia jest nauką o życiu, a dokładniej „gałęzią wiedzy, która zajmuje się żywymi organizmami i procesami życiowymi”; chemia to „nauka zajmująca się składem, strukturą i właściwościami substancji oraz przemianami, którym one podlegają”; a fizyka oznacza „naukę, która zajmuje się materią i energią oraz ich interakcjami”.
Integracja biologii i chemii
Związek między chemią a biologią oferuje studentom biologii wiele możliwych połączeń i eksperymentów naukowych. Całe życie zależy od procesów chemicznych. Podstawą większości łańcuchów pokarmowych jest chemiczny proces fotosyntezy, który wykorzystuje energię słoneczną do przekształcania wody i dwutlenku węgla w glukozę (cukier). Podobnie jak fotosynteza, chemosynteza magazynuje energię poprzez procesy chemiczne i wspiera łańcuchy pokarmowe wzdłuż głębokich otworów morskich, sugerując możliwości najwcześniejszego życia Ziemi i życia na innych planetach i księżyce.
Bioluminescencja oznacza żywe światło. To żywe światło tworzą procesy chemiczne zachodzące w różnych organizmach, od roślin przez grzyby po zwierzęta, w tym bruzdnice, meduzy i żabnice. Trawienie i oddychanie komórkowe zależą również od reakcji chemicznych w żywych organizmach. Zrozumienie chemii produkcji ropy naftowej, opartej na rozkładzie alg pod wpływem ciepła i ciśnienia, oferuje jedno rozwiązanie dla globalnej energetyki kryzys, wytwarzając ropę naftową z alg, ale potencjalnie stwarza kolejny kryzys środowiskowy poprzez dalsze wykorzystywanie wcześniej nieodnawialnych paliw kopalnych paliwa.
Integracja biologii i fizyki
Fizyka żywych organizmów stwarza również możliwości eksperymentów naukowych studentom biologii. Fizyka obejmuje naukę mechaniki, ciepła, światła, elektryczności i dźwięku. Badania energii wykorzystywanej przez żywe organizmy, pochodzącej zarówno z fotosyntezy, jak i oddychania komórkowego, zacierają granicę między biologią a fizyką. Badania bioluminescencji badają zarówno energię, jak i światło generowane przez organizmy, łącząc fizykę i biologię. Elektryczność układu nerwowego, mechanizmy wywołujące hibernację lub estywację oraz wrażliwość siatkówki i błony bębenkowej stosuje zasady fizyki do mechanizmów organizmy.
Badania sił, które łamią kości, dostarczają wglądu w projekty biomechaniczne do ich naprawy kości do ich wstępnie złamanej wytrzymałości i sugeruje metody korekcji wad środowiskowych lub genetycznych lub braki. Zrozumienie mechaniki i wymagań strukturalnych różnych stawów ciała dostarczyło już informacji potrzebnych do zaprojektowania zastępczych stawów kolanowych, biodrowych i barkowych.
Integracja biologii, chemii i fizyki
Organizmy, żywe, martwe lub wymarłe, funkcjonują dzięki połączeniu elementów biologicznych, chemicznych i fizycznych. Zrozumienia z tych dyscyplin zapewniają wgląd w ewolucyjne i strukturalne cechy organizmów. Na przykład drzewa stoją, ponieważ celuloza w ich ścianach komórkowych i woda zmagazynowana w ich wakuolach zapewniają wytrzymałość strukturalną, aby utrzymać drzewo. biomasa, w tym liście, które przekształcają wodę i dwutlenek węgla w energię, aby napędzać procesy chemiczne, które pozwalają komórkom rosnąć i rozmnażać się, tworząc nowe komórki. Zrozumienie wytrzymałości strukturalnej kości i chemicznych procesów metabolizmu pomaga naukowcom zrozumieć i odtworzyć biologię wymarłych organizmów, takich jak dinozaury i gady morskie. Badanie fizyki i chemii systemów biologicznych związanych z Ziemią sugeruje istnienie i strukturę potencjalnych form życia w warunkach pozaziemskich.
Biologia, chemia czy fizyka?
Wiele uczelni oferuje obecnie zintegrowane programy naukowe, a nie pojedyncze studia z biologii, chemii czy fizyki. Te programy uczelni uwzględniają wzajemne powiązania dyscyplin naukowych. Obecne przedszkole poprzez licealne standardy naukowe koncentruje się na zintegrowanej nauce, z coraz większym naciskiem o połączonych naukach ścisłych, technologii, inżynierii i matematyce (STEM lub, z dodatkiem sztuki, STEAM) Edukacja. Wiele uczelni, od Zintegrowanego Programu Naukowego Princeton, przez Wydział Chemii i Biochemii Uniwersytetu Oregon, po Wydział Biologii w Harvey Mudd College oferuje obecnie kursy i stopnie naukowe, które nie ograniczają się do jednej tradycyjnej nauki dyscyplina.
