المحتوى
- تحديد ودمج تخصصات العلوم
- دمج البيولوجيا والكيمياء
- دمج البيولوجيا والفيزياء
- دمج البيولوجيا والكيمياء والفيزياء
- علم الأحياء ، الكيمياء أو الفيزياء؟
تقوم العديد من المدارس الثانوية بتدريس البيولوجيا والكيمياء والفيزياء كصفوف منفصلة. قد تشير الطبقات المنفصلة إلى أن الموضوعات ليست ذات صلة ، ولكن هذا سيكون افتراضًا غير دقيق. فصول العلوم المتكاملة تربط بشكل متزايد موضوعات البيولوجيا والكيمياء والفيزياء.
تحديد ودمج تخصصات العلوم
كما تعرفهم Merriam-Webster ، فإن البيولوجيا هي دراسة الحياة ، وبشكل أكثر تحديداً "فرع من المعرفة يتعامل مع الكائنات الحية والعمليات الحيوية" ؛ تتكون الكيمياء من "العلم الذي يتعامل مع تكوين وهيكل وخصائص المواد والتحولات التي تمر بها" ؛ والفيزياء تعني "العلم الذي يتعامل مع المادة والطاقة وتفاعلاتها".
دمج البيولوجيا والكيمياء
توفر العلاقة بين الكيمياء والبيولوجيا العديد من الروابط والتجارب العلمية الممكنة لطلاب الجامعات في علم الأحياء. كل الحياة تعتمد على العمليات الكيميائية. تشكل العملية الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي ، التي تستخدم طاقة الشمس لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى جلوكوز (سكر) ، الأساس لمعظم سلاسل الأغذية. مثل عملية التمثيل الضوئي ، تقوم عملية التخليق الكيميائي بتخزين الطاقة من خلال العمليات الكيميائية وتدعم سلاسل الغذاء على طول فتحات أعماق البحار ، مما يوحي بإمكانيات الحياة الأقرب للأرض والحياة على الكواكب والأقمار الأخرى.
تلألؤ بيولوجي يعني الضوء الحي. العمليات الكيميائية في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية ، تتراوح من النباتات إلى الفطريات إلى الحيوانات ، بما في ذلك dinoflagellates ، قناديل البحر والأسماك الصياد ، تخلق هذا الضوء الحي. يعتمد الهضم والتنفس الخلوي أيضًا على التفاعلات الكيميائية داخل الكائنات الحية. إن فهم كيمياء إنتاج النفط ، استنادًا إلى تحلل الطحالب تحت الحرارة والضغط ، يوفر حلاً لأزمة الطاقة العالمية عن طريق إنتاج البترول من الطحالب ، ولكنه من المحتمل أن يخلق أزمة بيئية أخرى من خلال الاستخدام المستمر للوقود الأحفوري غير المتجدد سابقًا.
دمج البيولوجيا والفيزياء
توفر فيزياء الكائنات الحية أيضًا فرصًا لإجراء تجارب علمية لطلاب كلية الأحياء. تشمل الفيزياء دراسات الميكانيكا والحرارة والضوء والكهرباء والصوت. إن دراسات الطاقة التي تستخدمها الكائنات الحية ، سواء كانت ناتجة عن التمثيل الضوئي أو التنفس الخلوي ، تمحو الخط الفاصل بين البيولوجيا والفيزياء. دراسات تلألؤ بيولوجي دراسة كل من الطاقة والضوء المتولدة من الكائنات الحية ، والجمع بين الفيزياء والبيولوجيا. الكهرباء في الجهاز العصبي ، والآليات التي تؤدي إلى وضع السبات أو الإرهاق ، وحساسية الشبكية وطبلة الأذن تطبق مبادئ الفيزياء على آليات الكائنات الحية.
توفر دراسات القوى التي تكسر العظام نظرة ثاقبة على التصميمات الميكانيكية الحيوية لإصلاح تلك العظام نفسها لقوتها المكسورة مسبقًا ، وتقترح طرقًا لتصحيح العيوب أو العيوب البيئية أو الجينية. إن فهم المتطلبات الميكانيكية والهيكلية لمفاصل الجسم المختلفة قد وفر بالفعل المعلومات اللازمة لتصميم مفاصل الركبة والورك والكتف البديلة.
دمج البيولوجيا والكيمياء والفيزياء
الكائنات الحية ، سواء كانت حية أو ميتة أو منقرضة ، تعمل بسبب عناصرها البيولوجية والكيميائية والفيزيائية مجتمعة. توفر المفاهيم المستقاة من هذه التخصصات نظرة ثاقبة للخصائص التطورية والهيكلية للكائنات الحية. على سبيل المثال ، تقف الأشجار لأن السليلوز في جدرانها الخلوية والمياه المخزنة في فجواتها توفر القوة الهيكلية لعقد الكتلة الحيوية للأشجار ، بما في ذلك الأوراق التي تحول الماء وثاني أكسيد الكربون إلى طاقة لتغذية العمليات الكيميائية التي تسمح للخلايا تنمو وتتكاثر لتشكيل خلايا جديدة. يساعد فهم القوة الهيكلية للعظام والعمليات الكيميائية لعملية التمثيل الغذائي العلماء على فهم وإعادة إنشاء بيولوجيا الكائنات المنقرضة مثل الديناصورات والزواحف البحرية. دراسة فيزياء وكيمياء النظم البيولوجية المرتبطة بالأرض تشير إلى وجود أشكال الحياة المحتملة وهياكلها في ظل ظروف خارج الأرض.
علم الأحياء ، الكيمياء أو الفيزياء؟
تقدم العديد من الكليات الآن برامج علمية متكاملة بدلاً من دراسات معزولة في علم الأحياء أو الكيمياء أو الفيزياء. هذه البرامج الكلية تعترف الترابط بين التخصصات العلمية. تركز رياض الأطفال الحالية من خلال معايير العلوم بالمدرسة الثانوية على العلوم المتكاملة ، مع زيادة التركيز على العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات المترابطة (STEM أو مع إضافة الفن ، STEAM) التعليم. تقدم العديد من الكليات ، بدءًا من مناهج العلوم المتكاملة برينستون إلى قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية بجامعة أوريغون إلى قسم الأحياء في كلية هارفي مود ، دورات وشهادات لا تقتصر على تخصص علمي واحد تقليدي.