Vsebina
- Opredelitev in vključevanje znanstvenih disciplin
- Vključevanje biologije in kemije
- Vključevanje biologije in fizike
- Vključevanje biologije, kemije in fizike
- Biologija, kemija ali fizika?
Mnoge srednje šole poučujejo biologijo, kemijo in fiziko kot ločene razrede. Ločeni razredi lahko kažejo, da predmeti niso povezani, vendar bi bila to napačna predpostavka. Integrirani pouk naravoslovja vse bolj povezuje predmete biologije, kemije in fizike.
Opredelitev in vključevanje znanstvenih disciplin
Kot jih opredeljuje Merriam-Webster, je biologija preučevanje življenja, natančneje "veja znanja, ki se ukvarja z živimi organizmi in vitalnimi procesi"; kemija je sestavljena iz "znanosti, ki se ukvarja s sestavo, zgradbo in lastnostmi snovi ter s preobrazbami, ki so jim podvržene"; fizika pa pomeni "znanost, ki se ukvarja s snovjo in energijo ter njihovimi interakcijami."
Vključevanje biologije in kemije
Razmerje med kemijo in biologijo ponuja študentom biologije veliko možnih povezav in znanstvenih eksperimentov. Vse življenje je odvisno od kemičnih procesov. Kemični proces fotosinteze, ki sončevo energijo porabi za pretvorbo vode in ogljikovega dioksida v glukozo (sladkor), je osnova večine prehranjevalnih verig. Tako kot fotosinteza tudi kemosinteza hrani energijo s pomočjo kemičnih procesov in podpira prehranjevalne verige vzdolž globokovodnih odprtin, kar kaže na možnosti, da bi Zemlje čim prej živele in živele na drugih planetih in lunah.
Bioluminescence pomeni živo svetlobo. Kemični procesi v različnih organizmih, od rastlin do gliv do živali, vključno z dinoflagelati, meduzami in ribicami, ustvarjajo to živo svetlobo. Prebava in celično dihanje sta odvisna tudi od kemijskih reakcij znotraj živih organizmov. Razumevanje kemije pridobivanja nafte, ki temelji na razpadu alg pod toploto in pritiskom, ponuja eno rešitev za svetovno energetsko krizo z pridobivanjem nafte iz alg, vendar pa lahko z nadaljnjo uporabo prej neobnovljivih fosilnih goriv ustvarja še eno okoljsko krizo.
Vključevanje biologije in fizike
Fizika živih organizmov nudi študentom biologije tudi priložnost za znanstvene poskuse. Fizika vključuje študije mehanike, toplote, svetlobe, električne energije in zvoka. Študije energije, ki jo uporabljajo živi organizmi, bodisi zaradi fotosinteze ali celičnega dihanja, zabrišejo mejo med biologijo in fiziko. Študije bioluminescence preučujejo energijo in svetlobo, ki jo ustvarjajo organizmi, združujejo fiziko in biologijo. Električnost živčnega sistema, mehanizmi, ki sprožijo prezimovanje ali estivacijo, ter občutljivost mrežnice in ušesne sluznice načela fizike uporabljajo za mehanizme organizmov.
Študije sil, ki lomijo kosti, omogočajo vpogled v biomehanske zasnove za popravilo teh kosti na njihovo predlomljeno trdnost in predlagajo metode za odpravo okoljskih ali genetskih napak ali pomanjkljivosti. Razumevanje mehanike in strukturnih zahtev različnih telesnih sklepov je že dalo informacije, potrebne za načrtovanje nadomestnih kolenskih, kolčnih in ramenskih sklepov.
Vključevanje biologije, kemije in fizike
Organizmi, bodisi živi, mrtvi ali izumrli, delujejo zaradi svojih kombiniranih bioloških, kemičnih in fizikalnih elementov. Razumevanja teh disciplin omogočajo vpogled v evolucijske in strukturne značilnosti organizmov. Na primer, drevesa stojijo, ker celuloza v njihovih celičnih stenah in voda, shranjena v njihovih vakuolih, zagotavljata strukturno moč za zadrževanje drevesne biomase, vključno z listi, ki pretvarjajo vodo in ogljikov dioksid v energijo za spodbujanje kemičnih procesov, ki celicam omogočajo rastejo in se razmnožujejo, da tvorijo nove celice. Razumevanje strukturne trdnosti kosti in kemičnih procesov metabolizma pomaga znanstvenikom razumeti in na novo ustvariti biologijo izumrlih organizmov, kot so dinozavri in morski plazilci. Preučevanje fizike in kemije bioloških sistemov, vezanih na Zemljo, kaže na obstoj in strukture potencialnih življenjskih oblik v zunajzemeljskih razmerah.
Biologija, kemija ali fizika?
Številne šole zdaj ponujajo integrirane znanstvene programe in ne izoliranih študij biologije, kemije ali fizike. Ti fakultetni programi priznavajo medsebojno povezanost znanstvenih disciplin. Sedanji vrtec se skozi srednješolske znanstvene standarde osredotoča na integrirano naravoslovje, pri čemer se povečuje poudarek na medsebojno povezavi naravoslovja, tehnologije, inženiringa in matematike (STEM ali z dodatkom umetnosti, STEAM). Številne šole, od Princetonskega integriranega znanstvenega učnega načrta do oddelka za kemijo in biokemijo Univerze v Oregonsu do oddelka za biologijo na Harvey Mudd College, zdaj ponujajo tečaje in diplome, ki se ne omejujejo na eno samo tradicionalno znanstveno disciplino.