Inhalt
- Wissenschaftsdisziplinen definieren und integrieren
- Integration von Biologie und Chemie
- Integration von Biologie und Physik
- Integration von Biologie, Chemie und Physik
- Biologie, Chemie oder Physik?
Viele Gymnasien unterrichten Biologie, Chemie und Physik als separate Klassen. Getrennte Klassen können darauf hindeuten, dass die Fächer nicht verwandt sind, aber dies wäre eine ungenaue Annahme. Integrierte naturwissenschaftliche Fächer verbinden zunehmend die Fächer Biologie, Chemie und Physik.
Wissenschaftsdisziplinen definieren und integrieren
Wie Merriam-Webster sie definiert, ist Biologie das Studium des Lebens, genauer gesagt "ein Wissenszweig, der sich mit lebenden Organismen und lebenswichtigen Prozessen befasst"; Die Chemie besteht aus "einer Wissenschaft, die sich mit der Zusammensetzung, Struktur und den Eigenschaften von Substanzen und den Transformationen befasst, die sie durchlaufen". und Physik bedeutet "eine Wissenschaft, die sich mit Materie und Energie und ihren Wechselwirkungen befasst."
Integration von Biologie und Chemie
Die Beziehung zwischen Chemie und Biologie bietet viele mögliche Verbindungen und wissenschaftliche Experimente für Studenten der Biologie. Alles Leben hängt von chemischen Prozessen ab. Der chemische Prozess der Photosynthese, der die Sonnenenergie nutzt, um Wasser und Kohlendioxid in Glukose (Zucker) umzuwandeln, bildet die Basis der meisten Nahrungsketten. Wie die Photosynthese speichert die Chemosynthese Energie durch chemische Prozesse und untermauert die Nahrungsketten entlang der Tiefseequellen, was Möglichkeiten für das früheste Leben der Erde und das Leben auf anderen Planeten und Monden nahe legt.
Biolumineszenz bedeutet lebendiges Licht. Chemische Prozesse in einer Vielzahl von Organismen, von Pflanzen über Pilze bis hin zu Tieren, einschließlich Dinoflagellaten, Quallen und Seeteufeln, schaffen dieses lebendige Licht. Verdauung und Zellatmung hängen auch von chemischen Reaktionen in lebenden Organismen ab. Das Verständnis der Chemie der Erdölförderung, die auf der Zersetzung von Algen unter Hitze und Druck basiert, bietet eine Lösung für die globale Energiekrise, indem Erdöl aus Algen gewonnen wird. Durch die fortgesetzte Verwendung zuvor nicht erneuerbarer fossiler Brennstoffe kann jedoch eine weitere Umweltkrise entstehen.
Integration von Biologie und Physik
Die Physik lebender Organismen bietet auch Möglichkeiten für wissenschaftliche Experimente für Studenten der Biologie. Die Physik umfasst das Studium der Mechanik, Wärme, Licht, Elektrizität und Schall. Studien über den Energieverbrauch lebender Organismen, sei es durch Photosynthese oder Zellatmung, verwischen die Grenze zwischen Biologie und Physik. Studien zur Biolumineszenz untersuchen sowohl die Energie als auch das Licht, die von Organismen erzeugt werden, und kombinieren Physik und Biologie. Die Elektrizität des Nervensystems, die Mechanismen, die den Winterschlaf oder den Stillstand auslösen, und die Empfindlichkeit der Netzhaut und des Trommelfells wenden die Prinzipien der Physik auf die Mechanismen der Organismen an.
Untersuchungen der Kräfte, die Knochen brechen, liefern Einblicke in biomechanische Konstruktionen zur Reparatur derselben Knochen bis zu ihrer vorgebrochenen Festigkeit und schlagen Methoden zur Korrektur von Umwelt- oder Gendefekten oder -mängeln vor. Das Verständnis der Mechanik und strukturellen Anforderungen verschiedener Körpergelenke hat bereits die Informationen geliefert, die für die Konstruktion von Ersatzknie-, Hüft- und Schultergelenken erforderlich sind.
Integration von Biologie, Chemie und Physik
Lebende, tote oder ausgestorbene Organismen funktionieren aufgrund ihrer kombinierten biologischen, chemischen und physikalischen Elemente. Erkenntnisse aus diesen Disziplinen liefern Einblicke in die evolutionären und strukturellen Eigenschaften von Organismen. Zum Beispiel stehen Bäume, weil die Zellulose in ihren Zellwänden und das in ihren Vakuolen gespeicherte Wasser die strukturelle Stärke bieten, um die Biomasse der Bäume zu halten, einschließlich der Blätter, die Wasser und Kohlendioxid in Energie umwandeln, um die chemischen Prozesse zu befeuern, die Zellen ermöglichen wachsen und sich vermehren, um neue Zellen zu bilden. Das Verständnis der strukturellen Stärke von Knochen und der chemischen Prozesse des Stoffwechsels hilft Wissenschaftlern, die Biologie ausgestorbener Organismen wie Dinosaurier und Meeresreptilien zu verstehen und neu zu erschaffen. Das Studium der Physik und Chemie erdgebundener biologischer Systeme legt die Existenz und Struktur potenzieller Lebensformen unter außerirdischen Bedingungen nahe.
Biologie, Chemie oder Physik?
Viele Hochschulen bieten jetzt integrierte naturwissenschaftliche Programme an, anstatt einzelne Studien in Biologie, Chemie oder Physik zu absolvieren. Diese College-Programme erkennen die Vernetzung der wissenschaftlichen Disziplinen. Der gegenwärtige Kindergarten konzentriert sich nach naturwissenschaftlichen Standards auf integrierte Naturwissenschaften, wobei der Schwerpunkt zunehmend auf der Vernetzung von Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik (MINT oder, mit dem Zusatz von Kunst, STEAM) liegt. Viele Hochschulen, angefangen vom Princetons Integrated Science Curriculum über das Department für Chemie und Biochemie der University of Oregon bis hin zum Department für Biologie am Harvey Mudd College, bieten mittlerweile Kurse und Abschlüsse an, die sich nicht auf eine einzige traditionelle wissenschaftliche Disziplin beschränken.