Зміст
- Визначення та інтеграція наукових дисциплін
- Інтеграція біології та хімії
- Інтеграція біології та фізики
- Інтеграція біології, хімії та фізики
- Біологія, хімія чи фізика?
Багато вищих шкіл викладають біологію, хімію та фізику як окремі класи. Окремі класи можуть припустити, що предмети не пов'язані, але це було б неточним припущенням. Інтегровані уроки науки все більше пов'язують предмети біології, хімії та фізики.
Визначення та інтеграція наукових дисциплін
Як їх визначає Мерріам-Вебстер, біологія - це вивчення життя, точніше "галузь знань, яка займається живими організмами та життєво важливими процесами"; хімія складається з "науки, яка займається складом, будовою та властивостями речовин та перетвореннями, які вони зазнають"; а фізика означає "науку, яка займається матерією та енергією та їх взаємодіями".
Інтеграція біології та хімії
Зв'язок між хімією та біологією пропонує багато можливих зв’язків та наукових експериментів для студентів коледжу з біології. Все хімічне життя залежить від хімічних процесів. Хімічний процес фотосинтезу, який використовує енергію сонця для перетворення води та вуглекислого газу в глюкозу (цукор), складає основу більшості харчових ланцюгів. Як і фотосинтез, хіміосинтез накопичує енергію за допомогою хімічних процесів та підпорядковує харчові ланцюги вздовж глибоких морських отворів, що дозволяє запропонувати можливості для найбільш раннього життя та життя Землі на інших планетах та місяцях.
Біолюмінесценція означає живе світло. Хімічні процеси в різних організмах, починаючи від рослин, грибів і тварин, включаючи динофлагеляти, медузи та риби-рибалки, створюють це живе світло. Травлення і клітинне дихання також залежать від хімічних реакцій всередині живих організмів. Розуміння хімії видобутку нафти, що базується на розкладанні водоростей під теплом і тиском, пропонує одне рішення світової енергетичної кризи шляхом отримання нафти з водоростей, але це потенційно створює ще одну екологічну кризу завдяки постійному використанню раніше невідновлюваних викопних палив.
Інтеграція біології та фізики
Фізика живих організмів також пропонує можливості для наукових експериментів для студентів коледжу біології. Фізика включає дослідження механіки, тепла, світла, електрики та звуку. Дослідження енергії, що використовується живими організмами, чи то від фотосинтезу чи клітинного дихання, розмивають межу між біологією та фізикою. Дослідження біолюмінесценції вивчають як енергію, так і світло, що утворюється організмами, поєднуючи фізику та біологію. Електричність нервової системи, механізми, які викликають сплячку або естивацію, а також чутливість сітківки та вушної раковини застосовують принципи фізики до механізмів організмів.
Дослідження сил, які руйнують кістки, дають уявлення про біомеханічні конструкції для відновлення тих самих кісток до їх попередньо розбитої сили та пропонують методи виправити екологічні чи генетичні дефекти чи недоліки. Розуміння механіки та структурних вимог різних суглобів тіла вже надало інформацію, необхідну для проектування заміни колінних, тазостегнових та плечових суглобів.
Інтеграція біології, хімії та фізики
Організми, живі, мертві чи вимерлі, функціонують через їх поєднані біологічні, хімічні та фізичні елементи. Розуміння цих дисциплін дають уявлення про еволюційні та структурні характеристики організмів. Наприклад, дерева стоять тому, що целюлоза в їх клітинних стінках та вода, що зберігається у вакуолях, забезпечують структурну міцність, щоб утримувати біомасу дерев, включаючи листя, які перетворюють воду та вуглекислий газ в енергію для підживлення хімічних процесів, які дозволяють клітинам рости і розмножуватися, утворюючи нові клітини. Розуміння структурної міцності кісток та хімічних процесів метаболізму допомагає вченим зрозуміти та відтворити біологію вимерлих організмів, таких як динозаври та морські рептилії. Вивчення фізики та хімії біологічних систем, пов'язаних із Землею, дозволяє припустити існування та структури потенційних форм життя в позаземних умовах.
Біологія, хімія чи фізика?
Зараз багато коледжів пропонують інтегровані наукові програми, а не окремі дослідження з біології, хімії чи фізики. Ці програми коледжу визнають взаємопов'язаність наукових дисциплін. Нинішній дитячий садок за допомогою стандартів середньої школи зосереджується на інтегрованій науці, зростаючи наголос на взаємопов’язаній науці, техніці, інженерії та математиці (STEM або, з додаванням мистецтва, STEAM). Багато коледжів, починаючи від інтегрованого навчального плану Принстонського університету до кафедри хімії та біохімії університету Орегона до кафедри біології в коледжі Гарві Мадда, зараз пропонують курси та ступеня, які не обмежуються єдиною традиційною науковою дисципліною.