Sisu
- Teadusalade määratlemine ja integreerimine
- Bioloogia ja keemia integreerimine
- Bioloogia ja füüsika integreerimine
- Bioloogia, keemia ja füüsika integreerimine
- Bioloogia, keemia või füüsika?
Paljud keskkoolid õpetavad eraldi klassidena bioloogiat, keemiat ja füüsikat. Eraldi klassid võivad viidata sellele, et teemad pole omavahel seotud, kuid see oleks ebatäpne eeldus. Integreeritud loodustunnid, mis seovad järjest enam bioloogia, keemia ja füüsika aineid.
Teadusalade määratlemine ja integreerimine
Nagu Merriam-Webster neid määratleb, on bioloogia elu uurimine, täpsemalt "teadmiste haru, mis tegeleb elusorganismide ja elutähtsate protsessidega"; keemia koosneb "teadusest, mis tegeleb ainete koostise, struktuuri ja omadustega ning nende käigus toimuvate muutustega"; ja füüsika tähendab "teadust, mis tegeleb mateeria ja energia ning nende vastastikmõjudega".
Bioloogia ja keemia integreerimine
Keemia ja bioloogia suhe pakub bioloogia eriala üliõpilastele palju võimalikke seoseid ja teaduskatseid. Kogu elu sõltub keemilistest protsessidest. Fotosünteesi keemiline protsess, mille käigus päikseenergia abil muudetakse vesi ja süsihappegaas glükoosiks (suhkruks), moodustab enamiku toiduahelate aluse. Nagu fotosüntees, salvestab ka kemosüntees energiat keemiliste protsesside kaudu ja toetab toiduahelaid piki süvamereavasid, pakkudes võimalusi Maade varaseimaks eluks ja eluks teistel planeetidel ja kuudel.
Bioluminestsents tähendab elavat valgust. Selle elava valguse loovad keemilised protsessid erinevates organismides, alates taimedest kuni seente ja loomadeni, sealhulgas dinoflagellaadid, meduusid ja merikurad. Seedimine ja rakuhingamine sõltuvad ka elusorganismide keemilistest reaktsioonidest. Õli tootmise keemia mõistmine, mis põhineb vetikate lagunemisel kuumuse ja rõhu all, pakub ühe lahenduse globaalsele energiakriisile, muutes vetikatest nafta, kuid potentsiaalselt loob taastumatu fossiilkütuse jätkuva kasutamise kaudu uue keskkonnakriisi.
Bioloogia ja füüsika integreerimine
Elusorganismide füüsika pakub bioloogia kolledži üliõpilastele võimalusi ka teaduskatseteks. Füüsika hõlmab mehaanika, soojuse, valguse, elektri ja heli uuringuid. Elusorganismide poolt fotosünteesist või rakulisest hingamisest saadava energia uuringud hägustavad piiri bioloogia ja füüsika vahel. Bioluminestsentsuuringutes uuritakse nii organismide genereeritavat energiat kui ka valgust, ühendades füüsika ja bioloogia. Närvisüsteemi elekter, talveunerežiimi või estivatsiooni käivitavad mehhanismid ning võrkkesta ja kuulmekile tundlikkus rakendavad organismide mehhanismidele füüsika põhimõtteid.
Luid murdavate jõudude uuringud annavad ülevaate biomehaanilistest konstruktsioonidest nende luude parandamiseks enne purunenud tugevust ning soovitab meetodeid keskkonna- või geneetiliste defektide või puuduste parandamiseks. Erinevate kehaliigeste mehaanika ja konstruktsiooninõuete mõistmine on juba andnud põlve-, puusa- ja õlaliigese asendamise kavandamiseks vajaliku teabe.
Bioloogia, keemia ja füüsika integreerimine
Kas elusad, surnud või väljasurnud organismid toimivad nende ühendatud bioloogiliste, keemiliste ja füüsikaliste elementide tõttu. Nendest distsipliinidest saadud arusaamad annavad ülevaate organismide evolutsioonilistest ja struktuurilistest omadustest. Näiteks puud seisavad sellepärast, et nende raku seintes olev tselluloos ja nende vaakumites hoitav vesi tagavad puude biomassi, sealhulgas lehtede, mis muudavad vee ja süsinikdioksiidi energiaks, et säilitada keemilisi protsesse, mis võimaldab rakkudel kasvavad ja paljunevad uute rakkude moodustamiseks. Luude struktuurilise tugevuse ja ainevahetuse keemiliste protsesside mõistmine aitab teadlastel väljasurnud organismide nagu dinosaurused ja mereroomajad bioloogiat mõista ja uuesti luua. Maaga seotud bioloogiliste süsteemide füüsika ja keemia uurimisel pakutakse välja potentsiaalsete eluvormide olemasolu ja struktuurid maapealsetes tingimustes.
Bioloogia, keemia või füüsika?
Paljud kolledžid pakuvad nüüd integreeritud teadusprogramme, mitte bioloogia, keemia või füüsika isoleeritud õpinguid. Need kolledžiprogrammid tunnustavad teadusharude omavahelist seotust. Praegune lasteaed keskkooli loodusteaduste standardite kaudu keskendub integreeritud loodusteadustele, pöörates suuremat tähelepanu omavahel ühendatud teaduse, tehnoloogia, inseneriteaduse ja matemaatika (STEM või kunsti lisandumisel ka STEAM) haridusele. Paljud kolledžid, alates Princetonsi integreeritud teaduse õppekavast kuni Oregoni ülikooli keemia ja biokeemia osakonda kuni Harvey Muddi kolledži bioloogiaosakonda, pakuvad nüüd kursusi ja kraadi, mis ei piirdu ühe traditsioonilise teadusliku distsipliiniga.