Tartalom
- A tudományágak meghatározása és integrálása
- A biológia és a kémia integrálása
- A biológia és a fizika integrálása
- A biológia, a kémia és a fizika integrálása
- Biológia, kémia vagy fizika?
Számos középiskola külön osztályként tanítja a biológiát, a kémiát és a fizikát. Külön osztályok azt sugallhatják, hogy a tantárgyak nem állnak kapcsolatban, de ez pontatlan feltételezés lenne. Integrált tudományos órák, amelyek egyre inkább összekapcsolják a biológia, a kémia és a fizika tárgyait.
A tudományágak meghatározása és integrálása
Ahogyan a Merriam-Webster meghatározza őket, a biológia az élet tanulmányozása, pontosabban "a tudás egy ága, amely az élő szervezetekkel és az életviteli folyamatokkal foglalkozik"; a kémia "tudományból áll, amely foglalkozik az anyagok összetételével, szerkezetével és tulajdonságaival, valamint az átalakulásokkal, amelyek azokon mennek keresztül"; és a fizika "tudomány, amely foglalkozik az anyaggal és az energiával, valamint ezek kölcsönhatásaival".
A biológia és a kémia integrálása
A kémia és a biológia közötti kapcsolat számos lehetséges összefüggést és tudományos kísérletet kínál a biológiai főiskolai hallgatók számára. Minden élet a kémiai folyamatoktól függ. A fotoszintézis kémiai folyamata, amely a nap energiáját felhasználja a víz és a szén-dioxid glükózmá (cukorrá) átalakításához, képezi a legtöbb tápláléklánc alapját. A fotoszintézishez hasonlóan a kemoszintézis kémiai folyamatok révén tárolja az energiát, és mélytengeri nyílások mentén alátámasztja az élelmiszerláncokat, ami lehetőséget ad a Föld legkorábbi életére és más bolygókra és holdokra.
A biolumineszcencia az élő fényt jelenti. A sokféle organizmusban zajló kémiai folyamatok - a növényektől a gombáig és az állatoktól kezdve - ideértve a dinoflagellattákat, a medúzát és a horgászhalakat is - ez az élő fény. Az emésztés és a sejtek légzése az élő szervezetekben zajló kémiai reakcióktól is függ. Az olajtermelés kémiai megértése, amely az algák hő- és nyomáson történő bomlásán alapszik, egy megoldást kínál a globális energiaválsághoz azáltal, hogy algákból nyerik kőzetet, de potenciálisan újabb környezeti válságot idéz elő a korábban nem megújítható fosszilis tüzelőanyagok folyamatos használata révén.
A biológia és a fizika integrálása
Az élő szervezetek fizikája lehetőséget kínál tudományos kísérletekre a biológia főiskolai hallgatói számára is. A fizika magában foglalja a mechanika, a hő, a fény, az áram és a hang tanulmányait. Az élő organizmusok által felhasznált energia vizsgálata, akár fotoszintézisből, akár celluláris légzésből származik, elhomályosítja a biológia és a fizika közötti vonalat. A biolumineszcencia tanulmányai mind a szervezetek által generált energiát, mind a fényt vizsgálják, a fizikát és a biológiát ötvözve. Az idegrendszer elektromos energiája, a hibernációt vagy esztivációt kiváltó mechanizmusok, valamint a retina és a méhhártya érzékenysége a fizika alapelveit alkalmazza az organizmusok mechanizmusaire.
A csontokat összetörő erők vizsgálata betekintést nyújt a biomechanikai tervekbe, amelyek ugyanazon csontokat előzetesen megtört szilárdságuk javítására szolgálnak, és módszereket javasolnak a környezeti vagy genetikai hibák vagy hiányok kijavítására. A különböző testízületek mechanikájának és szerkezeti követelményeinek megértése már biztosította a térd-, csípő- és vállcsípések helyettesítéséhez szükséges információkat.
A biológia, a kémia és a fizika integrálása
Az élő, elhalt vagy kihalt szervezetek kombinált biológiai, kémiai és fizikai elemei miatt működnek. Ezeknek a tudományágaknak a megértése betekintést nyújt az élőlények evolúciós és szerkezeti jellemzőire. Például a fák azért állnak fenn, mert a sejtfalukban lévő cellulóz és a vákuumban tárolt víz biztosítja a fák biomassza-feltartó szerkezeti szilárdságát, ideértve azokat a leveleket is, amelyek a vizet és a szén-dioxidot energiává alakítják, hogy felvegyék a kémiai folyamatokat, amelyek lehetővé teszik a sejtek számára, hogy növekedni és szaporodni új sejtek kialakulása érdekében. A csontok szerkezeti szilárdságának és az anyagcserének kémiai folyamatainak megértése segít a tudósoknak a kihalt organizmusok, például a dinoszauruszok és a tengeri hüllők biológiájának megértésében és újbóli megteremtésében. A Földdel megkötött biológiai rendszerek fizikájának és kémiájának tanulmányozása felhívja a figyelmet a potenciális életformák létezésére és szerkezetére földön kívüli körülmények között.
Biológia, kémia vagy fizika?
Sok főiskola jelenleg integrált tudományos programokat kínál, nem pedig biológia, kémia vagy fizika önálló tanulmányait. Ezek a főiskolai programok felismerik a tudományos tudományágak összekapcsolhatóságát. A jelenlegi óvoda a középiskolai tudományos szabványok alapján az integrált tudományra összpontosít, egyre nagyobb hangsúlyt helyezve az összekapcsolt tudományos, technológiai, mérnöki és matematikai (STEM vagy, művészet mellett, STEAM) oktatásra. Sok főiskola, kezdve a Princetonsi Integrált Tudományos Tantervtől az Oregons Egyetem Kémiai és Biokémiai Tanszékétől a Harvey Mudd Főiskola biológiai tanszékéig, olyan tanfolyamokat és fokokat kínál, amelyek nem korlátozódnak egyetlen hagyományos tudományos tudományágra.