Conţinut
- Definirea și integrarea disciplinelor științifice
- Integrarea biologiei și chimiei
- Integrarea biologiei și fizicii
- Integrarea biologiei, chimiei și fizicii
- Biologie, Chimie sau Fizică?
Multe licee predă biologie, chimie și fizică ca clase separate. Clasele separate pot sugera că subiecții nu au legătură, dar aceasta ar fi o presupunere inexactă. Cursuri de științe integrate care leagă tot mai mult subiectele de biologie, chimie și fizică.
Definirea și integrarea disciplinelor științifice
După cum le definește Merriam-Webster, biologia este studiul vieții, mai precis „o ramură a cunoașterii care se ocupă cu organismele vii și procesele vitale”; chimia constă în „o știință care se ocupă cu compoziția, structura și proprietățile substanțelor și cu transformările pe care le suferă”; iar fizica înseamnă „o știință care se ocupă de materie și energie și de interacțiunile lor”.
Integrarea biologiei și chimiei
Relația dintre chimie și biologie oferă multe conexiuni posibile și experimente științifice pentru studenții din biologie. Toată viața depinde de procesele chimice. Procesul chimic al fotosintezei, care utilizează energia solară pentru a converti apa și dioxidul de carbon în glucoză (zahăr), constituie baza majorității lanțurilor alimentare. La fel ca fotosinteza, chemosinteza stochează energie prin procese chimice și stă la baza lanțurilor alimentare de-a lungul orificiilor de adâncime ale mării, ceea ce sugerează posibilități pentru viața Pământului cât mai devreme și viață pe alte planete și luni.
Bioluminiscența înseamnă lumină vie. Procesele chimice într-o varietate de organisme, de la plante la ciuperci până la animale, inclusiv dinoflagelate, meduze și pești pescari, creează această lumină vie. Digestia și respirația celulară depind, de asemenea, de reacțiile chimice din organismele vii. Înțelegerea chimiei producției de petrol, bazată pe descompunerea algelor sub căldură și presiune, oferă o soluție la criza energetică globală prin producerea petrolului din alge, dar poate crea o altă criză de mediu prin utilizarea continuă a combustibililor fosili anterior neenergibili.
Integrarea biologiei și fizicii
Fizica organismelor vii oferă, de asemenea, oportunități pentru experimente științifice pentru studenții de biologie. Fizica include studiile mecanicii, căldurii, luminii, electricității și sunetului. Studiile asupra energiei utilizate de organismele vii, indiferent de fotosinteză sau respirație celulară, estompează linia dintre biologie și fizică. Studiile de bioluminescență examinează atât energia cât și lumina generată de organisme, combinând fizica și biologia. Electricitatea sistemului nervos, mecanismele care declanșează hibernarea sau estivarea și sensibilitatea retinei și timpanului aplică principiile fizicii la mecanismele organismelor.
Studiile asupra forțelor care sparg oasele oferă informații asupra desenelor biomecanice pentru repararea acelorași oase la puterea lor pre-spartă și sugerează metode pentru corectarea defectelor sau deficiențelor de mediu sau genetice. Înțelegerea mecanicii și a cerințelor structurale ale diferitelor articulații ale corpului a furnizat deja informațiile necesare pentru proiectarea articulațiilor de genunchi, șold și umăr.
Integrarea biologiei, chimiei și fizicii
Organismele, vii, moarte sau dispărute, funcționează datorită elementelor lor biologice, chimice și fizice combinate. Înțelegerile din aceste discipline oferă informații despre caracteristicile evolutive și structurale ale organismelor. De exemplu, copacii stau deoarece celuloza din pereții lor celulari și apa stocată în vacuolele lor oferă rezistența structurală pentru a menține biomasa arborilor, inclusiv frunzele care transformă apa și dioxidul de carbon în energie pentru a alimenta procesele chimice care permit celulelor să cresc și se reproduc pentru a forma celule noi. Înțelegerea rezistenței structurale a oaselor și a proceselor chimice ale metabolismului îi ajută pe oamenii de știință să înțeleagă și să creeze biologia organismelor dispărute precum dinozaurii și reptilele marine. Studierea fizicii și chimiei sistemelor biologice legate de Pământ sugerează existența și structurile formelor potențiale de viață în condiții extraterestre.
Biologie, Chimie sau Fizică?
Multe colegii oferă acum programe științifice integrate, mai degrabă decât studii izolate în biologie, chimie sau fizică. Aceste programe universitare recunosc interconectivitatea disciplinelor științifice. Grădinița actuală prin standardele științifice din liceu se concentrează pe știința integrată, cu accent tot mai mare pe științele, tehnologia, ingineria și matematica interconectate (STEM sau, cu adăugarea de artă, educația STEAM). Multe colegii, de la Princetons Integrated Science Curriculum la Universitatea din Oregons Departamentul de Chimie și Biochimie la Departamentul de Biologie de la Harvey Mudd College oferă acum cursuri și grade care nu se limitează la o singură disciplină științifică tradițională.