Contenuto
- Definizione e integrazione delle discipline scientifiche
- Integrazione di biologia e chimica
- Integrazione di biologia e fisica
- Integrazione di biologia, chimica e fisica
- Biologia, chimica o fisica?
Molte scuole superiori insegnano biologia, chimica e fisica come classi separate. Classi separate possono suggerire che i soggetti non sono correlati, ma questo sarebbe un presupposto impreciso. Lezioni di scienze integrate che collegano sempre più le materie di biologia, chimica e fisica.
Definizione e integrazione delle discipline scientifiche
Come li definisce Merriam-Webster, la biologia è lo studio della vita, più specificamente "una branca della conoscenza che si occupa di organismi viventi e processi vitali"; la chimica consiste in "una scienza che si occupa della composizione, struttura e proprietà delle sostanze e delle trasformazioni a cui sono sottoposte"; e fisica significa "una scienza che si occupa di materia ed energia e delle loro interazioni".
Integrazione di biologia e chimica
La relazione tra chimica e biologia offre molte possibili connessioni ed esperimenti scientifici per gli studenti universitari in biologia. Tutta la vita dipende dai processi chimici. Il processo chimico della fotosintesi, che utilizza l'energia solare per convertire l'acqua e l'anidride carbonica in glucosio (zucchero), costituisce la base della maggior parte delle catene alimentari. Come la fotosintesi, la chemiosintesi immagazzina energia attraverso processi chimici e sostiene le catene alimentari lungo le prese d'aria del mare profondo, suggerendo possibilità per la prima vita terrestre e la vita su altri pianeti e lune.
Bioluminescenza significa luce vivente. I processi chimici in una varietà di organismi, che vanno dalle piante ai funghi agli animali, tra cui dinoflagellati, meduse e rana pescatrice, creano questa luce vivente. La digestione e la respirazione cellulare dipendono anche dalle reazioni chimiche all'interno degli organismi viventi. Comprendere la chimica della produzione di petrolio, basata sulla decomposizione delle alghe sotto il calore e la pressione, offre una soluzione alla crisi energetica globale producendo petrolio dalle alghe, ma potenzialmente crea un'altra crisi ambientale attraverso l'uso continuo di combustibili fossili precedentemente non rinnovabili.
Integrazione di biologia e fisica
La fisica degli organismi viventi offre anche opportunità di esperimenti scientifici per studenti universitari di biologia. La fisica comprende gli studi di meccanica, calore, luce, elettricità e suono. Gli studi sull'energia utilizzata dagli organismi viventi, sia dalla fotosintesi che dalla respirazione cellulare, sfocano il confine tra biologia e fisica. Gli studi sulla bioluminescenza esaminano sia l'energia che la luce generata dagli organismi, combinando fisica e biologia. L'elettricità del sistema nervoso, i meccanismi che innescano l'ibernazione o la stima e la sensibilità della retina e del timpano applicano i principi della fisica ai meccanismi degli organismi.
Gli studi sulle forze che rompono le ossa forniscono approfondimenti su progetti biomeccanici per riparare quelle stesse ossa alla loro forza pre-rotta e suggeriscono metodi per correggere difetti o carenze ambientali o genetiche. Comprendere i requisiti meccanici e strutturali delle varie articolazioni del corpo ha già fornito le informazioni necessarie per progettare le articolazioni sostitutive di ginocchio, anca e spalla.
Integrazione di biologia, chimica e fisica
Gli organismi, siano essi vivi, morti o estinti, funzionano a causa dei loro elementi biologici, chimici e fisici combinati. La comprensione di queste discipline fornisce approfondimenti sulle caratteristiche evolutive e strutturali degli organismi. Ad esempio, gli alberi stanno perché la cellulosa nelle loro pareti cellulari e l'acqua immagazzinata nei loro vacuoli forniscono la forza strutturale per trattenere la biomassa degli alberi, comprese le foglie che convertono l'acqua e l'anidride carbonica in energia per alimentare i processi chimici che consentono alle cellule di crescere e riprodursi per formare nuove cellule. Comprendere la forza strutturale delle ossa e i processi chimici del metabolismo aiuta gli scienziati a comprendere e ricreare la biologia degli organismi estinti come i dinosauri e i rettili marini. Studiare la fisica e la chimica dei sistemi biologici legati alla Terra suggerisce l'esistenza e le strutture di potenziali forme di vita in condizioni extra-terrestri.
Biologia, chimica o fisica?
Molte università ora offrono programmi scientifici integrati piuttosto che studi isolati in biologia, chimica o fisica. Questi programmi universitari riconoscono l'interconnettività delle discipline scientifiche. L'attuale scuola materna attraverso gli standard scientifici delle scuole superiori si concentra sulla scienza integrata, con una crescente enfasi sull'istruzione interconnessa di scienza, tecnologia, ingegneria e matematica (STEM o, con l'aggiunta di arte, STEAM). Molte università, che vanno dal Princetons Integrated Science Curriculum al Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'Università di Oregons al Dipartimento di Biologia dell'Harvey Mudd College, offrono ora corsi e lauree che non si limitano a un'unica disciplina scientifica tradizionale.