Innehåll
- Definiera och integrera vetenskapsdiscipliner
- Integrering av biologi och kemi
- Integrering av biologi och fysik
- Integrering av biologi, kemi och fysik
- Biologi, kemi eller fysik?
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 vetenskapsklasser som i allt högre grad kopplar ämnen biologi, kemi och fysik.
Definiera och integrera vetenskapsdiscipliner
Som Merriam-Webster definierar dem, är biologi studiet av livet, mer specifikt "en gren av kunskap som handlar om levande organismer och vitala processer"; kemi består av "en vetenskap som handlar om ämnets sammansättning, struktur och egenskaper och med de transformationer som de genomgår"; och fysik betyder "en vetenskap som handlar om 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 underbygger livsmedelskedjorna längs djupa havsöppningar, vilket antyder möjligheter för jordens tidigaste liv och liv på andra planeter och månar.
Bioluminescens betyder levande ljus. Kemiska processer i olika organismer, allt från växter till svamp till djur, inklusive dinoflagellater, maneter och fiskfiskar, skapar detta levande ljus. Spjälkning och cellandning beror också på kemiska reaktioner inom levande organismer. Att förstå kemi inom oljeproduktion, baserat på nedbrytning av alger under värme och tryck, erbjuder en lösning på den globala energikrisen genom att skapa petroleum från alger, men det skapar potentiellt en annan miljökris genom fortsatt användning av tidigare icke-förnybara fossila bränslen.
Integrering av biologi och fysik
Levande organisms fysik erbjuder också möjligheter till vetenskapliga experiment för universitetsstudenter i biologi. Fysik omfattar studier av mekanik, värme, ljus, elektricitet och ljud. Studier av energin som används av levande organismer, vare sig från fotosyntes eller cellulär andning, är oskärpa gränsen mellan biologi och fysik. Studier av bioluminescens undersöker både energin och ljuset som genereras av organismer och kombinerar fysik och biologi. Nervsystemets elektricitet, mekanismerna som utlöser viloläge eller estivation och näthinnans och trumhinnans känslighet tillämpar fysikens principer på organismernas mekanismer.
Studier av krafterna som bryter ben ger insikt i biomekaniska konstruktioner för att reparera samma ben till deras förbrutna styrka och föreslår metoder för att korrigera miljömässiga eller genetiska defekter eller brister. Förståelse av mekanik och strukturella krav i olika kroppsfogar har redan gett den information som behövs för att utforma ersättande knä-, höft- och axelleder.
Integrering av biologi, kemi och fysik
Organismer, antingen levande, döda eller utrotade, fungerar på grund av deras kombinerade biologiska, kemiska och fysiska element. Förståelser från dessa discipliner ger insikter om organismernas evolutionära och strukturella egenskaper. Exempelvis står träd på grund av att cellulosan i deras cellväggar och vattnet lagrat i deras vakuoler ger strukturell styrka för att hålla upp trämassan, inklusive bladen som omvandlar vatten och koldioxid till energi för att bränna de kemiska processerna som tillåter celler att växa och reproducera för att bilda nya celler. Att förstå benets strukturella styrka och de kemiska processerna i ämnesomsättningen hjälper forskare att förstå och återskapa biologin från utrotade organismer som dinosaurier och marina reptiler. Att studera fysik och kemi i jordbundna biologiska system antyder existensen 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 erkänner samtrafik mellan vetenskapliga discipliner. Den nuvarande förskolan genom högskolevetenskapsstandarder fokuserar på integrerad vetenskap, med ökande tonvikt på sammankopplade vetenskap, teknik, teknik och matematik (STEM eller, med tillägg av konst, STEAM) utbildning. Många högskolor, allt från Princetons Integrated Science Curriculum till University of Oregons Institutionen för kemi och biokemi till biologiska avdelningen vid Harvey Mudd College erbjuder nu kurser och grader som inte begränsar sig till en enda traditionell vetenskaplig disciplin.