Multe licee predau biologie, chimie și fizică ca clase separate. Clasele separate pot sugera că subiecții nu au legătură, dar aceasta ar fi o presupunere inexactă. Cursurile de știință integrate leagă din ce în ce mai mult subiectele de biologie, chimie și fizică.
Definirea și integrarea disciplinelor științifice
După cum le definește Merriam-Webster, biologia este studiul vieții, mai precis „o ramură a cunoașterii care se ocupă cu organismele vii și procesele vitale”; chimia constă din „o știință care se ocupă cu compoziția, structura și proprietățile substanțelor și cu transformările pe care le suferă”; iar fizica înseamnă „o știință care se ocupă cu materia și energia și interacțiunile lor”.
Integrarea biologiei și chimiei
Relația dintre chimie și biologie oferă multe conexiuni posibile și experimente științifice pentru studenții la biologie. Toată viața depinde de procesele chimice. Procesul chimic al fotosintezei, care folosește energia soarelui pentru a converti apa și dioxidul de carbon în glucoză (zahăr), formează baza majorității lanțurilor alimentare. La fel ca fotosinteza, chemosinteza stochează energia prin procese chimice și stă la baza lanțurilor alimentare de-a lungul gurilor de adâncime, sugerând posibilități pentru cea mai timpurie viață a Pământului și viața pe alte planete și lunile.
Bioluminiscența înseamnă lumină vie. Procesele chimice dintr-o varietate de organisme, de la plante la ciuperci și animale, inclusiv dinoflagelate, meduze și pescari pescari, creează această lumină vie. Digestia și respirația celulară depind, de asemenea, de reacțiile chimice din organismele vii. Înțelegerea chimiei producției de petrol, bazată pe descompunerea algelor sub căldură și presiune, oferă o soluție pentru energia globală criză prin producerea de petrol din alge, dar creează potențial o altă criză de mediu prin utilizarea continuă a fosilelor care anterior nu erau regenerabile combustibili.
Integrarea biologiei și a fizicii
Fizica organismelor vii oferă, de asemenea, oportunități pentru experimente științifice pentru studenții de biologie. Fizica include studiile de mecanică, căldură, lumină, electricitate și sunet. Studiile privind energia utilizată de organismele vii, fie din fotosinteză, fie din respirația celulară, estompează linia dintre biologie și fizică. Studiile de bioluminiscență examinează atât energia, cât și lumina generată de organisme, combinând fizica și biologia. Electricitatea sistemului nervos, mecanismele care declanșează hibernarea sau estivarea și sensibilitatea retinei și timpanului aplică principiile fizicii mecanismelor organisme.
Studiile asupra forțelor care sparg oasele oferă informații despre proiectele biomecanice pentru repararea acestora oasele la puterea lor ruptă în prealabil și sugerează metode de corectare a defectelor de mediu sau genetice sau deficiențe. Înțelegerea mecanicii și a cerințelor structurale ale diferitelor articulații ale corpului a oferit deja informațiile necesare pentru proiectarea articulațiilor de genunchi, șold și umăr.
Integrarea biologiei, chimiei și fizicii
Organismele, fie vii, moarte sau dispărute, funcționează datorită elementelor lor combinate biologice, chimice și fizice. Înțelegerile din aceste discipline oferă informații despre caracteristicile evolutive și structurale ale organismelor. De exemplu, copacii stau în picioare deoarece celuloza din pereții lor celulari și apa stocată în vacuolele lor oferă rezistența structurală pentru a susține biomasă, inclusiv frunzele care transformă apa și dioxidul de carbon în energie pentru a alimenta procesele chimice care permit creșterea și reproducerea celulelor pentru a forma noi celule. Înțelegerea rezistenței structurale a oaselor și a proceselor chimice ale metabolismului îi ajută pe oamenii de știință să înțeleagă și să recreeze biologia organismelor dispărute, cum ar fi dinozaurii și reptilele marine. Studierea fizicii și chimiei sistemelor biologice legate de Pământ sugerează existența și structurile potențialelor forme de viață în condiții extraterestre.
Biologie, chimie sau fizică?
Multe colegii oferă acum programe științifice integrate, mai degrabă decât studii izolate în biologie, chimie sau fizică. Aceste programe universitare recunosc interconectivitatea disciplinelor științifice. Actuala grădiniță, prin standardele științifice de liceu, se concentrează pe știința integrată, cu accent sporit despre știință, tehnologie, inginerie și matematică interconectate (STEM sau, cu adăugarea de artă, STEAM) educaţie. Multe colegii, de la Curriculumul științei integrate Princeton la Departamentul de chimie și biochimie al Universității din Oregon Departamentul de biologie de la Harvey Mudd College oferă acum cursuri și diplome care nu se limitează la o singură știință tradițională disciplina.