Sadržaj
- Definiranje i integriranje znanstvenih disciplina
- Integrirajući biologiju i kemiju
- Integrirajući biologiju i fiziku
- Integrirajući biologiju, kemiju i fiziku
- Biologija, kemija ili fizika?
Mnoge srednje škole predaju biologiju, kemiju i fiziku kao zasebne razrede. Odvojeni časovi mogu sugerirati da predmeti nisu povezani, ali to bi bila netočna pretpostavka. Integrirana prirodoslovna nastava sve više povezuje predmete biologije, kemije i fizike.
Definiranje i integriranje znanstvenih disciplina
Kao što ih Merriam-Webster definira, biologija je proučavanje života, točnije "grana znanja koja se bavi živim organizmima i vitalnim procesima"; kemija se sastoji od "znanosti koja se bavi sastavom, strukturom i svojstvima tvari i transformacijama koje prolaze"; a fizika znači "znanost koja se bavi materijom i energijom i njihovim interakcijama".
Integrirajući biologiju i kemiju
Odnos kemije i biologije nudi mnogo mogućih veza i znanstvenih eksperimenata za studente biologije. Čitav život ovisi o kemijskim procesima. Kemijski proces fotosinteze, koji koristi energiju sunca za pretvaranje vode i ugljičnog dioksida u glukozu (šećer), čini osnovu većine prehrambenih lanaca. Poput fotosinteze, kemosinteza skladišti energiju kroz kemijske procese i podupire lance hrane duž otvorenih otvorenih mora, što sugerira mogućnosti za najraniji život Zemlje i život na drugim planetima i mjesecima.
Bioluminiscencija znači živu svjetlost. Kemijski procesi u različitim organizmima, od biljaka do gljivica do životinja, uključujući dinoflagelate, meduze i ribe ribe, stvaraju ovo živo svjetlo. Prebava i stanično disanje također ovise o kemijskim reakcijama unutar živih organizama. Razumijevanje kemije proizvodnje nafte, temeljeno na raspadanju algi pod toplinom i pritiskom, nudi jedno rješenje za globalnu energetsku krizu stvaranjem nafte iz algi, ali potencijalno stvara drugu ekološku krizu stalnom uporabom prethodno neobnovljivih fosilnih goriva.
Integrirajući biologiju i fiziku
Fizika živih organizama također nudi mogućnosti znanstvenih eksperimenata studentima biologije na fakultetima. Fizika uključuje studije mehanike, topline, svjetlosti, električne energije i zvuka. Proučavanja energije koju živi organizam koristi, bilo da se radi o fotosintezi ili staničnom disanju, zamagljuju liniju između biologije i fizike. Studije bioluminiscencije ispituju i energiju i svjetlost koju stvaraju organizmi, kombinirajući fiziku i biologiju. Električnost živčanog sustava, mehanizmi koji pokreću hibernaciju ili estivaciju, te osjetljivost mrežnice i bubnjića primjenjuju načela fizike na mehanizme organizama.
Studije sila koje lome kosti pružaju uvid u biomehaničke dizajne za popravljanje istih kostiju na unaprijed slomljenu snagu i predlažu metode za ispravljanje okolišnih ili genetskih nedostataka ili nedostataka. Razumijevanje mehanike i strukturalnih zahtjeva različitih zglobova tijela već je pružilo informacije potrebne za dizajn zamjenskih zglobova koljena, kukova i ramena.
Integrirajući biologiju, kemiju i fiziku
Organizmi, bili oni živi, mrtvi ili izumrli, funkcioniraju zbog kombiniranih bioloških, kemijskih i fizikalnih elemenata. Razumijevanja iz tih disciplina daju uvid u evolucijske i strukturne karakteristike organizama. Na primjer, stabla stoje jer celuloza u njihovim staničnim zidovima i voda pohranjena u njihovim vakuolama pružaju strukturalnu čvrstoću da drže biomasu drveća, uključujući lišće koje vodu i ugljični dioksid pretvara u energiju za poticanje kemijskih procesa koji omogućuju stanicama da rastu i razmnožavaju se u nove stanice. Razumijevanje strukturne snage kostiju i kemijskih procesa metabolizma pomaže znanstvenicima da razumiju i ponovno stvore biologiju izumrlih organizama poput dinosaura i morskih gmazova. Proučavanje fizike i kemije bioloških sustava vezanih uz Zemlju sugerira postojanje i strukture potencijalnih životnih oblika u izvanzemaljskim uvjetima.
Biologija, kemija ili fizika?
Mnogi fakulteti sada nude integrirane znanstvene programe, a ne izolirane studije iz biologije, kemije ili fizike. Ovi fakultetski programi prepoznaju međusobnu povezanost znanstvenih disciplina. Sadašnji vrtić kroz srednjoškolske znanstvene standarde fokusira se na integriranu znanost, s sve većim naglaskom na međusobno povezanoj znanosti, tehnologiji, inženjerstvu i matematici (STEM ili, uz dodatak umjetnosti, STEAM). Mnogi fakulteti, u rasponu od Prinstonova integriranog nastavnog plana i programa do Odjela za kemiju i biokemiju Sveučilišta u Oregonsu do Odjela za biologiju na Harvey Mudd Collegeu, sada nude tečajeve i diplome koji se ne ograničavaju na jednu tradicionalnu znanstvenu disciplinu.