NộI Dung
- Xác định và tích hợp các ngành khoa học
- Tích hợp sinh học và hóa học
- Tích hợp Sinh học và Vật lý
- Tích hợp Sinh học, Hóa học và Vật lý
- Sinh học, Hóa học hay Vật lý?
Nhiều trường trung học dạy sinh học, hóa học và vật lý như các lớp riêng biệt. Các lớp riêng biệt có thể gợi ý rằng các môn học không liên quan, nhưng đây sẽ là một giả định không chính xác. Các lớp khoa học tích hợp ngày càng liên kết các môn học sinh học, hóa học và vật lý.
Xác định và tích hợp các ngành khoa học
Như Merriam-Webster định nghĩa chúng, sinh học là nghiên cứu về sự sống, cụ thể hơn là "một nhánh kiến thức liên quan đến các sinh vật sống và các quá trình quan trọng"; hóa học bao gồm "một khoa học liên quan đến thành phần, cấu trúc và tính chất của các chất và với các biến đổi mà chúng trải qua"; và vật lý có nghĩa là "một khoa học liên quan đến vật chất và năng lượng và sự tương tác của chúng."
Tích hợp sinh học và hóa học
Mối quan hệ giữa hóa học và sinh học cung cấp nhiều kết nối có thể và các thí nghiệm khoa học cho sinh viên đại học về sinh học. Tất cả sự sống phụ thuộc vào các quá trình hóa học. Quá trình hóa học của quang hợp, sử dụng năng lượng mặt trời để chuyển đổi nước và carbon dioxide thành glucose (đường), tạo thành cơ sở của hầu hết các chuỗi thức ăn. Giống như quang hợp, quá trình tổng hợp hóa học lưu trữ năng lượng thông qua các quá trình hóa học và củng cố các chuỗi thức ăn dọc theo các lỗ thông hơi dưới biển sâu, cho thấy khả năng cho Trái đất và sự sống sớm nhất trên các hành tinh và mặt trăng khác.
Phát quang sinh học có nghĩa là ánh sáng sống. Các quá trình hóa học trong một loạt các sinh vật, từ thực vật, nấm đến động vật, bao gồm cả dinoflagellate, sứa và cá câu cá, tạo ra ánh sáng sống này. Tiêu hóa và hô hấp tế bào cũng phụ thuộc vào các phản ứng hóa học trong cơ thể sống. Hiểu được hóa học của sản xuất dầu, dựa trên sự phân hủy của tảo dưới sức nóng và áp lực, đưa ra một giải pháp cho cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu bằng cách sản xuất dầu từ tảo, nhưng nó có khả năng tạo ra một cuộc khủng hoảng môi trường khác thông qua việc tiếp tục sử dụng nhiên liệu hóa thạch không thể tái tạo trước đó.
Tích hợp Sinh học và Vật lý
Vật lý của các sinh vật sống cũng cung cấp cơ hội cho các thí nghiệm khoa học cho sinh viên đại học sinh học. Vật lý bao gồm các nghiên cứu về cơ học, nhiệt, ánh sáng, điện và âm thanh. Các nghiên cứu về năng lượng được sử dụng bởi các sinh vật sống, cho dù từ quang hợp hoặc hô hấp tế bào, làm mờ ranh giới giữa sinh học và vật lý. Các nghiên cứu về phát quang sinh học kiểm tra cả năng lượng và ánh sáng được tạo ra bởi các sinh vật, kết hợp vật lý và sinh học. Điện của hệ thần kinh, các cơ chế kích hoạt ngủ đông hoặc estivation và độ nhạy của võng mạc và màng nhĩ áp dụng các nguyên tắc vật lý cho các cơ chế của sinh vật.
Các nghiên cứu về các lực phá vỡ xương cung cấp cái nhìn sâu sắc về các thiết kế cơ học sinh học để sửa chữa các xương tương tự với độ bền trước khi bị gãy và đề xuất các phương pháp để sửa chữa các khiếm khuyết hoặc khiếm khuyết về môi trường hoặc di truyền. Hiểu các cơ chế và yêu cầu cấu trúc của các khớp cơ thể khác nhau đã cung cấp thông tin cần thiết để thiết kế thay thế khớp gối, khớp háng và khớp vai.
Tích hợp Sinh học, Hóa học và Vật lý
Các sinh vật, dù sống, chết hay tuyệt chủng, hoạt động vì các yếu tố sinh học, hóa học và vật lý kết hợp của chúng. Những hiểu biết từ các ngành này cung cấp cái nhìn sâu sắc về các đặc điểm tiến hóa và cấu trúc của các sinh vật. Ví dụ, cây đứng vì cellulose trong thành tế bào của chúng và nước được lưu trữ trong không bào của chúng cung cấp sức mạnh cấu trúc để giữ sinh khối của cây, bao gồm cả lá chuyển đổi nước và carbon dioxide thành năng lượng để cung cấp năng lượng cho các quá trình hóa học cho phép các tế bào phát triển và sinh sản để hình thành các tế bào mới. Hiểu được sức mạnh cấu trúc của xương và các quá trình hóa học của quá trình trao đổi chất giúp các nhà khoa học hiểu và tái tạo sinh học của các sinh vật tuyệt chủng như khủng long và bò sát biển. Nghiên cứu vật lý và hóa học của các hệ thống sinh học liên kết với Trái đất cho thấy sự tồn tại và cấu trúc của các dạng sống tiềm năng trong điều kiện ngoài trái đất.
Sinh học, Hóa học hay Vật lý?
Nhiều trường đại học hiện cung cấp các chương trình khoa học tích hợp thay vì các nghiên cứu biệt lập về sinh học, hóa học hoặc vật lý. Các chương trình đại học này công nhận sự kết nối của các ngành khoa học. Trường mẫu giáo hiện tại thông qua các tiêu chuẩn khoa học ở trường trung học tập trung vào khoa học tích hợp, với sự nhấn mạnh ngày càng tăng về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học liên kết (STEM hoặc, với việc bổ sung giáo dục nghệ thuật, STEAM). Nhiều trường đại học, từ Giáo trình Khoa học Tích hợp Princetons đến Khoa Hóa học và Hóa sinh của Đại học Oregons đến Khoa Sinh học tại Đại học Harvey Mudd hiện cung cấp các khóa học và bằng cấp không giới hạn trong một ngành khoa học truyền thống duy nhất.