Många gymnasier undervisar i biologi, kemi och fysik som separata klasser. Separata klasser kan föreslå att ämnena inte är relaterade, men detta skulle vara ett felaktigt antagande. Integrerade naturvetenskapliga klasser kopplar alltmer samman ämnena biologi, kemi och fysik.
Definiera och integrera vetenskapsdiscipliner
Som Merriam-Webster definierar dem är biologi studiet av livet, mer specifikt "en kunskapsgren som handlar om levande organismer och vitala processer"; kemi består av "en vetenskap som behandlar ämnens sammansättning, struktur och egenskaper och med de transformationer som de genomgår"; och fysik betyder "en vetenskap som behandlar materia och energi och deras interaktioner."
Integrering av biologi och kemi
Förhållandet mellan kemi och biologi erbjuder många möjliga kopplingar och vetenskapliga experiment för studenter inom biologi. Allt liv beror på kemiska processer. Den kemiska processen för fotosyntes, som använder solens energi för att omvandla vatten och koldioxid till glukos (socker), utgör basen för de flesta livsmedelskedjor. Liksom fotosyntes lagrar kemosyntes energi genom kemiska processer och stöder livsmedelskedjorna längs öppningar på djupa hav, vilket föreslår möjligheter för jordens tidigaste liv och liv på andra planeter och månar.
Bioluminescens betyder levande ljus. Kemiska processer i en mängd olika organismer, allt från växter till svampar till djur, inklusive dinoflagellater, maneter och sportfiskare, skapar detta levande ljus. Matsmältningen och cellandningen beror också på kemiska reaktioner i levande organismer. Att förstå kemin i oljeproduktionen, baserad på nedbrytning av alger under värme och tryck, erbjuder en lösning på den globala energin genom att framställa petroleum från alger, men det kan potentiellt skapa ytterligare en miljökris genom fortsatt användning av tidigare icke-förnybart fossil bränslen.
Integrering av biologi och fysik
Fysiken hos levande organismer erbjuder också möjligheter till vetenskapliga experiment för högskolestudenter i biologi. Fysik inkluderar studier av mekanik, värme, ljus, el och ljud. Studier av energin som används av levande organismer, oavsett från fotosyntes eller cellulär andning, suddar ut gränsen mellan biologi och fysik. Studier av bioluminescens undersöker både energi och ljus som genereras av organismer, som kombinerar fysik och biologi. Nervsystemets elektricitet, de mekanismer som utlöser viloläge eller estivation och känsligheten hos näthinnan och trumhinnan tillämpar principerna för fysik på mekanismerna för organismer.
Studier av krafterna som bryter ben ger insikt i biomekaniska konstruktioner för att reparera dem ben till deras förbrutna styrka och föreslår metoder för att korrigera miljö- eller genetiska defekter eller brister. Att förstå mekaniken och de strukturella kraven i olika kroppsfogar har redan gett den information som behövs för att utforma ersättnings-, höft- och axelleder.
Integrering av biologi, kemi och fysik
Organismer, vare sig levande, döda eller utdöda, fungerar på grund av deras kombinerade biologiska, kemiska och fysiska element. Förståelser från dessa discipliner ger insikter om organismernas evolutionära och strukturella egenskaper. Träd står till exempel eftersom cellulosan i deras cellväggar och vattnet som förvaras i vakuolerna ger strukturell styrka för att hålla upp trädets biomassa, inklusive bladen som omvandlar vatten och koldioxid till energi för att driva de kemiska processerna som gör det möjligt för celler att växa och reproducera för att bilda nya celler. Att förstå den strukturella styrkan hos ben och de kemiska metabolismprocesserna hjälper forskare att förstå och återskapa biologin hos utdöda organismer som dinosaurier och marina reptiler. Att studera fysik och kemi i jordbundna biologiska system antyder förekomsten och strukturerna av potentiella livsformer under utomjordiska förhållanden.
Biologi, kemi eller fysik?
Många högskolor erbjuder nu integrerade vetenskapsprogram snarare än isolerade studier inom biologi, kemi eller fysik. Dessa högskoleprogram känner igen samtrafiken mellan vetenskapliga discipliner. Den nuvarande dagismen genom högskolans vetenskapliga standarder fokuserar på integrerad vetenskap, med ökande tonvikt om sammanlänkad vetenskap, teknik, teknik och matematik (STEM eller, med tillägg av konst, STEAM) utbildning. Många högskolor, allt från Princetons Integrated Science Curriculum till University of Oregon's Department of Chemistry and Biochemistry till Biologiavdelningen vid Harvey Mudd College erbjuder nu kurser och grader som inte begränsar sig till en enda traditionell vetenskaplig disciplin.