Innhold
- Definere og integrere vitenskapelige disipliner
- Integrering av biologi og kjemi
- Integrering av biologi og fysikk
- Integrering av biologi, kjemi og fysikk
- Biologi, kjemi eller fysikk?
Mange videregående skoler underviser i biologi, kjemi og fysikk som separate klasser. Ulike klasser kan antyde at fagene ikke er relatert, men dette vil være en unøyaktig antagelse. Integrerte naturfagsklasser som i økende grad knytter fagene biologi, kjemi og fysikk.
Definere og integrere vitenskapelige disipliner
Som Merriam-Webster definerer dem, er biologi studiet av livet, nærmere bestemt "en gren av kunnskap som omhandler levende organismer og vitale prosesser"; kjemi består av "en vitenskap som omhandler stoffers sammensetning, struktur og egenskaper og med transformasjonene de gjennomgår"; og fysikk betyr "en vitenskap som omhandler materie og energi og deres interaksjoner."
Integrering av biologi og kjemi
Forholdet mellom kjemi og biologi byr på mange mulige sammenhenger og vitenskapelige eksperimenter for studenter i biologi. Alt liv avhenger av kjemiske prosesser. Den kjemiske prosessen med fotosyntesen, som bruker solens energi på å omdanne vann og karbondioksid til glukose (sukker), danner basen for de fleste næringskjeder. I likhet med fotosyntesen lagrer kjemosyntese energi gjennom kjemiske prosesser og underbygger næringskjedene langs dyphavsventiler, noe som antyder muligheter for jordas tidligste liv og liv på andre planeter og måner.
Bioluminescens betyr levende lys. Kjemiske prosesser i en rekke organismer, alt fra planter til sopp til dyr, inkludert dinoflagellater, maneter og sportsfisk, skaper dette levende lys. Fordøyelse og cellulær respirasjon er også avhengig av kjemiske reaksjoner i levende organismer. Å forstå kjemien i oljeproduksjon, basert på nedbrytning av alger under varme og trykk, tilbyr en løsning på den globale energikrisen ved å lage petroleum fra alger, men det skaper potensielt en annen miljøkrise ved fortsatt bruk av tidligere ikke-utvinnbare fossile brensler.
Integrering av biologi og fysikk
Fysikken til levende organismer gir også muligheter for vitenskapelige eksperimenter for studenter i biologi. Fysikk inkluderer studier av mekanikk, varme, lys, strøm og lyd. Studier av energien som brukes av levende organismer, enten det er fra fotosyntese eller cellulær respirasjon, uskarper grensen mellom biologi og fysikk. Studier av bioluminescens undersøker både energien og lyset som genereres av organismer, og kombinerer fysikk og biologi. Elektrisiteten i nervesystemet, mekanismene som utløser dvalemodus eller estivasjon, og følsomheten til netthinnen og trommehinnen bruker fysikkens prinsipper på mekanismene til organismer.
Studier av kreftene som knekker bein gir innsikt i biomekanisk design for å reparere de samme beinene til deres forhåndsbrutte styrke og foreslår metoder for å korrigere miljømessige eller genetiske defekter eller mangler. Å forstå mekanikken og de strukturelle kravene til forskjellige kroppsledd har allerede gitt den informasjonen som trengs for å designe erstatnings kne, hofte og skulderledd.
Integrering av biologi, kjemi og fysikk
Organismene, enten de er levende, døde eller utdødde, fungerer på grunn av deres kombinerte biologiske, kjemiske og fysiske elementer. Forståelser fra disse fagområdene gir innsikt i organisasjons evolusjonære og strukturelle egenskaper. For eksempel står trær fordi cellulosen i celleveggene og vannet som er lagret i vakuolene gir strukturell styrke til å holde opp trærne biomasse, inkludert bladene som omdanner vann og karbondioksid til energi for å brenne de kjemiske prosessene som lar celler vokse og reprodusere for å danne nye celler. Å forstå den strukturelle styrken til bein og de kjemiske metabolismeprosessene hjelper forskere å forstå og gjenopprette biologien til utdødde organismer som dinosaurer og marine reptiler. Å studere fysikken og kjemien i jordbundne biologiske systemer antyder eksistensen og strukturer av potensielle livsformer under utenomjordiske forhold.
Biologi, kjemi eller fysikk?
Mange høyskoler tilbyr nå integrerte vitenskapsprogrammer i stedet for isolerte studier innen biologi, kjemi eller fysikk. Disse høgskoleprogrammene anerkjenner samtrafikk mellom vitenskapelige fagområder. Den nåværende barnehagen gjennom vitenskapsstandarder på videregående skole fokuserer på integrert vitenskap, med økende vekt på sammenkoblet vitenskap, teknologi, ingeniørvitenskap og matematikk (STEM eller, med tillegg av kunst, STEAM) utdanning. Mange høyskoler, alt fra Princetons Integrated Science Curriculum til University of Oregons Department of Chemistry and Biochemistry til Biology Department ved Harvey Mudd College tilbyr nå kurs og grader som ikke begrenser seg til en eneste tradisjonell vitenskapelig disiplin.