Περιεχόμενο
- Ορισμός και ενσωμάτωση των επιστημών
- Ενσωμάτωση Βιολογίας και Χημείας
- Ολοκλήρωση της Βιολογίας και της Φυσικής
- Ενσωμάτωση Βιολογίας, Χημείας και Φυσικής
- Βιολογία, Χημεία ή Φυσική;
Πολλά γυμνάσια διδάσκουν τη βιολογία, τη χημεία και τη φυσική ως ξεχωριστές τάξεις. Ξεχωριστές τάξεις μπορεί να υποδηλώνουν ότι τα θέματα δεν σχετίζονται, αλλά αυτό θα ήταν μια ανακριβής υπόθεση. Ολοκληρωμένες τάξεις επιστήμης που συνδέουν όλο και περισσότερο τα θέματα της βιολογίας, της χημείας και της φυσικής.
Ορισμός και ενσωμάτωση των επιστημών
Όπως ορίζει η Merriam-Webster, η βιολογία είναι η μελέτη της ζωής, πιο συγκεκριμένα "ένας κλάδος της γνώσης που ασχολείται με ζωντανούς οργανισμούς και ζωτικές διαδικασίες". η χημεία αποτελείται από "μια επιστήμη που ασχολείται με τη σύνθεση, τη δομή και τις ιδιότητες των ουσιών και με τους μετασχηματισμούς που υφίστανται". και η φυσική σημαίνει "μια επιστήμη που ασχολείται με την ύλη και την ενέργεια και τις αλληλεπιδράσεις τους".
Ενσωμάτωση Βιολογίας και Χημείας
Η σχέση μεταξύ χημείας και βιολογίας προσφέρει πολλές πιθανές συνδέσεις και πειράματα επιστήμης για φοιτητές στη βιολογία. Όλη η ζωή εξαρτάται από τις χημικές διεργασίες. Η χημική διαδικασία της φωτοσύνθεσης, η οποία χρησιμοποιεί την ηλιακή ενέργεια για τη μετατροπή του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα σε γλυκόζη (ζάχαρη), αποτελεί τη βάση των περισσότερων αλυσίδων τροφίμων. Όπως η φωτοσύνθεση, η χημειοσύνθεση αποθηκεύει ενέργεια μέσω χημικών διεργασιών και στηρίζει τις τροφικές αλυσίδες κατά μήκος των ανοιγμάτων βαθιάς θάλασσας, υποδεικνύοντας δυνατότητες για τη ζωή και τη ζωή της Γης νωρίτερα σε άλλους πλανήτες και σε φεγγάρια.
Η βιοφωταύγεια σημαίνει ζωντανό φως. Οι χημικές διεργασίες σε ποικίλους οργανισμούς, που κυμαίνονται από φυτά έως μύκητες μέχρι ζώα, συμπεριλαμβανομένων dinoflagellates, μέδουσες και ψάρι ψαριών, δημιουργούν αυτό το ζωντανό φως. Η πέψη και η κυτταρική αναπνοή εξαρτώνται επίσης από τις χημικές αντιδράσεις εντός των ζωντανών οργανισμών. Η κατανόηση της χημείας της παραγωγής πετρελαίου, με βάση την αποσύνθεση των φυκιών υπό θερμότητα και πίεση, προσφέρει μια λύση στην παγκόσμια ενεργειακή κρίση κάνοντας πετρέλαιο από φύκια, αλλά δημιουργεί ενδεχομένως μια άλλη περιβαλλοντική κρίση μέσω της συνεχιζόμενης χρήσης μη ανανεώσιμων ορυκτών καυσίμων.
Ολοκλήρωση της Βιολογίας και της Φυσικής
Η φυσική των ζωντανών οργανισμών προσφέρει επίσης ευκαιρίες για πειράματα επιστήμης για τους φοιτητές της βιολογίας. Η φυσική περιλαμβάνει τις σπουδές της μηχανικής, της θερμότητας, του φωτός, της ηλεκτρικής ενέργειας και του ήχου. Μελέτες της ενέργειας που χρησιμοποιούνται από ζωντανούς οργανισμούς, είτε από τη φωτοσύνθεση είτε από την κυτταρική αναπνοή, θολώνουν τη γραμμή μεταξύ της βιολογίας και της φυσικής. Μελέτες βιοφωταύγειας εξετάζουν τόσο την ενέργεια όσο και το φως που παράγεται από τους οργανισμούς, συνδυάζοντας τη φυσική και τη βιολογία. Η ηλεκτρική ενέργεια του νευρικού συστήματος, οι μηχανισμοί που ενεργοποιούν τη χειμερία νάρκης ή ο ερεθισμός και η ευαισθησία του αμφιβληστροειδούς και του τυμπανιού εφαρμόζουν τις αρχές της φυσικής στους μηχανισμούς των οργανισμών.
Οι μελέτες των δυνάμεων που διασπούν τα οστά παρέχουν πληροφορίες για τα βιομηχανικά σχέδια για την επιδιόρθωση αυτών των ίδιων οστών στην προ-σπασμένη ισχύ τους και προτείνουν μεθόδους για τη διόρθωση περιβαλλοντικών ή γενετικών ελαττωμάτων ή ελλείψεων. Η κατανόηση των μηχανικών και των δομικών απαιτήσεων διαφόρων αρθρώσεων του σώματος έχει ήδη παράσχει τις πληροφορίες που απαιτούνται για το σχεδιασμό των γονάτων άρθρωσης, ισχίου και ώμων αντικατάστασης.
Ενσωμάτωση Βιολογίας, Χημείας και Φυσικής
Οι οργανισμοί, ζωντανοί, νεκροί ή εξαφανισμένοι, λειτουργούν λόγω των συνδυασμένων βιολογικών, χημικών και φυσικών τους στοιχείων. Οι κατανοήσεις από αυτούς τους κλάδους παρέχουν πληροφορίες για τα εξελικτικά και δομικά χαρακτηριστικά των οργανισμών. Για παράδειγμα, τα δέντρα στέκονται επειδή η κυτταρίνη στα κυτταρικά τους τοιχώματα και το νερό που αποθηκεύεται στα κενοτόπια τους παρέχουν τη δομική δύναμη για να συγκρατήσουν τη βιομάζα των δένδρων, συμπεριλαμβανομένων των φύλλων που μετατρέπουν το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε ενέργεια για να τροφοδοτήσουν τις χημικές διεργασίες που επιτρέπουν στα κύτταρα αναπτύσσονται και αναπαράγονται για να σχηματίσουν νέα κύτταρα. Η κατανόηση της δομικής αντοχής των οστών και των χημικών διαδικασιών του μεταβολισμού βοηθά τους επιστήμονες να κατανοήσουν και να αναδημιουργήσουν τη βιολογία των εξαφανισμένων οργανισμών όπως οι δεινόσαυροι και τα θαλάσσια ερπετά. Η μελέτη της φυσικής και της χημείας των βιολογικών συστημάτων που συνδέονται με τη Γη υποδεικνύει την ύπαρξη και τις δομές πιθανών μορφών ζωής κάτω από εξω-γήινες συνθήκες.
Βιολογία, Χημεία ή Φυσική;
Πολλά κολέγια προσφέρουν τώρα ολοκληρωμένα προγράμματα επιστήμης και όχι μεμονωμένες σπουδές στη βιολογία, τη χημεία ή τη φυσική. Αυτά τα προγράμματα κολλεγίων αναγνωρίζουν τη διασύνδεση των επιστημονικών κλάδων. Το σημερινό νηπιαγωγείο μέσω των προτύπων επιστήμης των γυμνασίων επικεντρώνεται στην ολοκληρωμένη επιστήμη, με ολοένα και μεγαλύτερη έμφαση στη διασυνδεδεμένη επιστήμη, τεχνολογία, μηχανική και μαθηματικά (STEM ή, με την προσθήκη τέχνης, STEAM). Πολλά κολέγια, που κυμαίνονται από το πρόγραμμα σπουδών Integrated Science Princeton στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον Τμήμα Χημείας και Βιοχημείας στο Τμήμα Βιολογίας στο Harvey Mudd College προσφέρουν τώρα μαθήματα και πτυχία που δεν περιορίζονται σε μια ενιαία παραδοσιακή επιστημονική πειθαρχία.