Obsah
- Definovanie a integrácia vedeckých disciplín
- Integrácia biológie a chémie
- Integrácia biológie a fyziky
- Integrácia biológie, chémie a fyziky
- Biológia, chémia alebo fyzika?
Mnoho stredných škôl vyučuje biológiu, chémiu a fyziku ako samostatné triedy. Samostatné triedy môžu naznačovať, že predmety nesúvisia, ale toto by bol nepresný predpoklad. Integrované triedy vedy stále viac spájajú predmety z biológie, chémie a fyziky.
Definovanie a integrácia vedeckých disciplín
Ako ich definuje Merriam-Webster, biológia je štúdiom života, konkrétne „odvetvím vedomostí, ktoré sa zaoberajú živými organizmami a životnými procesmi“; chémia pozostáva z „vedy, ktorá sa zaoberá zložením, štruktúrou a vlastnosťami látok a transformáciami, ktoré prechádzajú“; a fyzika znamená „veda, ktorá sa zaoberá hmotou a energiou a ich interakciami“.
Integrácia biológie a chémie
Vzťah medzi chémiou a biológiou ponúka vysokoškolským študentom biológie veľa možných spojení a vedeckých experimentov. Celý život závisí od chemických procesov. Základom väčšiny potravinových reťazcov je chemický proces fotosyntézy, ktorý využíva slnečnú energiu na premenu vody a oxidu uhličitého na glukózu (cukor). Podobne ako fotosyntéza, aj chemosyntéza ukladá energiu prostredníctvom chemických procesov a podopiera potravinové reťazce pozdĺž hlbokomorských prieduchov, čo naznačuje možnosti pre čo najskorší život a život Zeme na iných planétach a mesiacoch.
Bioluminiscencia znamená živé svetlo. Toto živé svetlo vytvára chemické procesy v rôznych organizmoch, od rastlín až po huby až po zvieratá, vrátane dinoflagelátov, medúzy a rybárov. Trávenie a bunkové dýchanie tiež závisia od chemických reakcií v živých organizmoch. Pochopenie chémie výroby ropy, založené na rozklade rias pod teplom a tlakom, ponúka jedno riešenie globálnej energetickej krízy tým, že sa vyrába ropa z rias, ale potenciálne vytvára ďalšiu environmentálnu krízu prostredníctvom pokračujúceho využívania predtým neobnoviteľných fosílnych palív.
Integrácia biológie a fyziky
Fyzika živých organizmov tiež ponúka príležitosti pre vedecké experimenty pre vysokoškolských študentov biológie. Fyzika zahŕňa štúdium mechaniky, tepla, svetla, elektriny a zvuku. Štúdie energie využívanej živými organizmami, či už z fotosyntézy alebo bunkového dýchania, rozmazávajú hranicu medzi biológiou a fyzikou. Štúdie bioluminiscencie skúmajú energiu a svetlo generované organizmami a kombinujú fyziku a biológiu. Elektrina nervového systému, mechanizmy, ktoré spúšťajú hibernáciu alebo odcudzenie, a citlivosť sietnice a ušného bubna aplikujú fyzikálne princípy na mechanizmy organizmov.
Štúdie síl, ktoré lámajú kosti, poskytujú náhľad do biomechanických návrhov na opravu tých istých kostí na ich vopred zlomenú silu a navrhujú metódy na opravu environmentálnych alebo genetických defektov alebo nedostatkov. Pochopenie mechanických a štrukturálnych požiadaviek rôznych kĺbov tela už poskytlo informácie potrebné na navrhnutie náhradných kolenných, bedrových a ramenných kĺbov.
Integrácia biológie, chémie a fyziky
Organizmy, či už živé, mŕtve alebo vyhynuté, fungujú z dôvodu ich kombinovaných biologických, chemických a fyzikálnych prvkov. Pochopenie týchto disciplín poskytuje pohľad na vývojové a štrukturálne vlastnosti organizmov. Napríklad stromy stoja preto, že celulóza v bunkových stenách a voda uložená v ich vakuolách poskytujú štrukturálnu pevnosť na zadržanie biomasy stromov vrátane listov, ktoré premieňajú vodu a oxid uhličitý na energiu na podporu chemických procesov, ktoré umožňujú bunkám rast a rozmnožovanie za vzniku nových buniek. Pochopenie štrukturálnej sily kostí a chemických procesov metabolizmu pomáha vedcom porozumieť a znovu vytvoriť biológiu zaniknutých organizmov, ako sú dinosaury a morské plazy. Štúdium fyziky a chémie biologických systémov viazaných na Zemi naznačuje existenciu a štruktúry potenciálnych foriem života v mimozemských podmienkach.
Biológia, chémia alebo fyzika?
Mnoho vysokých škôl v súčasnosti ponúka skôr integrované vedecké programy ako izolované štúdium v biológii, chémii alebo fyzike. Tieto vysokoškolské programy uznávajú vzájomnú prepojenosť vedeckých disciplín. Súčasná materská škola zameraná na stredoškolské vedecké štandardy sa zameriava na integrovanú vedu s rastúcim dôrazom na vzájomne prepojené vzdelávanie v oblasti vedy, techniky, strojárstva a matematiky (STEM alebo s prídavkom umenia, STEAM). Mnoho vysokých škôl, od integrovaného kurikula integrovanej vedy v Princetone po univerzitu v Oregone, katedru chémie a biochémie až po oddelenie biológie na Harvey Mudd College, v súčasnosti ponúka kurzy a tituly, ktoré sa neobmedzujú len na jednu tradičnú vedeckú disciplínu.