Как интегрировать биологию с химией и физикой

Многие средние школы преподают биологию, химию и физику как отдельные классы. Раздельные классы могут предполагать, что предметы не связаны между собой, но это было бы неверным предположением. Интегрированные уроки естествознания все чаще связывают предметы биологии, химии и физики.

Как их определяет Мерриам-Вебстер, биология - это изучение жизни, а точнее «отрасль знаний, которая имеет дело с живыми организмами и жизненными процессами»; химия состоит из «науки, которая изучает состав, структуру и свойства веществ, а также превращения, которым они подвергаются»; а физика означает «наука, которая имеет дело с материей и энергией и их взаимодействием».

Связь между химией и биологией предлагает множество возможных связей и научных экспериментов для студентов-биологов. Вся жизнь зависит от химических процессов. Химический процесс фотосинтеза, в котором энергия солнца используется для преобразования воды и углекислого газа в глюкозу (сахар), составляет основу большинства пищевых цепочек. Как и фотосинтез, хемосинтез накапливает энергию посредством химических процессов и поддерживает пищевые цепи. вдоль глубоководных жерл, предлагая возможности для самой ранней жизни Земли и жизни на других планетах и луны.

Биолюминесценция - это живой свет. Этот живой свет создают химические процессы в различных организмах, от растений до грибов и животных, в том числе динофлагеллят, медуз и удильщиков. Пищеварение и клеточное дыхание также зависят от химических реакций в живых организмах. Понимание химии нефтедобычи, основанной на разложении водорослей под действием тепла и давления, предлагает одно решение мировой энергетики. кризис, производя нефть из водорослей, но он потенциально может создать еще один экологический кризис из-за продолжения использования ранее невозобновляемых ископаемых топливо.

Физика живых организмов также предлагает возможности для научных экспериментов студентам-биологам. Физика включает в себя изучение механики, тепла, света, электричества и звука. Исследования энергии, используемой живыми организмами, будь то фотосинтез или клеточное дыхание, стирают грань между биологией и физикой. Исследования биолюминесценции исследуют как энергию, так и свет, генерируемые организмами, сочетая физику и биологию. Электричество нервной системы, механизмы, запускающие гибернацию или активизацию, и чувствительность сетчатки и барабанной перепонки применять принципы физики к механизмам организмы.

Исследования сил, которые ломают кости, дают представление о биомеханических конструкциях их восстановления. кости до их предварительно сломанной прочности и предлагает методы исправления экологических или генетических дефектов или недостатки. Понимание механических и структурных требований различных суставов тела уже предоставило информацию, необходимую для проектирования заменяемых коленных, тазобедренных и плечевых суставов.

Организмы, живые, мертвые или вымершие, функционируют благодаря сочетанию биологических, химических и физических элементов. Понимание этих дисциплин дает представление об эволюционных и структурных характеристиках организмов. Например, деревья стоят, потому что целлюлоза в их клеточных стенках и вода, хранящаяся в их вакуолях, обеспечивают структурную прочность, чтобы удерживать дерево. биомасса, включая листья, которые преобразуют воду и углекислый газ в энергию, чтобы подпитывать химические процессы, которые позволяют клеткам расти и воспроизводиться с образованием новых клетки. Понимание структурной прочности костей и химических процессов метаболизма помогает ученым понять и воссоздать биологию вымерших организмов, таких как динозавры и морские рептилии. Изучение физики и химии биологических систем, связанных с Землей, предполагает существование и структуру потенциальных форм жизни во внеземных условиях.

Многие колледжи теперь предлагают интегрированные научные программы, а не отдельные занятия по биологии, химии или физике. Эти программы колледжа признают взаимосвязь научных дисциплин. Нынешний детский сад по стандартам естественных наук в старших классах сосредоточен на интегрированной науке, уделяя все большее внимание. по взаимосвязанным наукам, технологиям, технике и математике (STEM или, с добавлением искусства, STEAM) образование. Многие колледжи, от Интегрированной научной программы Принстона до факультета химии и биохимии Университета Орегона и Отделение биологии в колледже Харви Мадда теперь предлагает курсы и степени, которые не ограничиваются одним традиционным научным дисциплина.