Contenu
- Définir et intégrer les disciplines scientifiques
- Intégration de la biologie et de la chimie
- Intégration de la biologie et de la physique
- Intégration de la biologie, de la chimie et de la physique
- Biologie, chimie ou physique?
De nombreuses écoles secondaires enseignent la biologie, la chimie et la physique en tant que classes séparées. Des classes séparées peuvent suggérer que les sujets ne sont pas liés, mais ce serait une hypothèse inexacte. Des cours de sciences intégrés reliant de plus en plus les matières de biologie, chimie et physique.
Définir et intégrer les disciplines scientifiques
Selon la définition de Merriam-Webster, la biologie est l'étude de la vie, plus spécifiquement "une branche du savoir qui traite des organismes vivants et des processus vitaux"; la chimie consiste en "une science qui traite de la composition, de la structure et des propriétés des substances et des transformations qu'elles subissent"; et physique signifie "une science qui traite de la matière et de l'énergie et de leurs interactions".
Intégration de la biologie et de la chimie
La relation entre la chimie et la biologie offre de nombreuses connexions possibles et des expériences scientifiques pour les étudiants en biologie. Toute vie dépend de processus chimiques. Le processus chimique de la photosynthèse, qui utilise l'énergie du soleil pour convertir l'eau et le dioxyde de carbone en glucose (sucre), constitue la base de la plupart des chaînes alimentaires. Comme la photosynthèse, la chimiosynthèse emmagasine de l'énergie par des processus chimiques et sous-tend les chaînes alimentaires le long des orifices de ventilation des profondeurs marines, suggérant des possibilités pour la vie la plus précoce de la Terre et pour la vie sur d'autres planètes et lunes.
Bioluminescence signifie lumière vivante. Les processus chimiques de divers organismes, allant des plantes aux champignons, en passant par les animaux, y compris les dinoflagellés, les méduses et les poissons pêcheurs, créent cette lumière vivante. La digestion et la respiration cellulaire dépendent également des réactions chimiques au sein des organismes vivants. Comprendre la chimie de la production pétrolière, basée sur la décomposition d'algues sous l'effet de la chaleur et de la pression, offre une solution à la crise énergétique mondiale en transformant le pétrole en algues, mais crée potentiellement une autre crise environnementale grâce à l'utilisation continue de combustibles fossiles non renouvelables.
Intégration de la biologie et de la physique
La physique des organismes vivants offre également des possibilités d'expériences scientifiques aux étudiants en biologie. La physique comprend les études de mécanique, chaleur, lumière, électricité et son. Les études sur l’énergie utilisée par les organismes vivants, qu’il s’agisse de la photosynthèse ou de la respiration cellulaire, brouillent la frontière entre biologie et physique. Les études de bioluminescence examinent à la fois l’énergie et la lumière générée par les organismes, combinant physique et biologie. L'électricité du système nerveux, les mécanismes qui déclenchent l'hibernation ou l'estivation, ainsi que la sensibilité de la rétine et du tympan appliquent les principes de la physique aux mécanismes des organismes.
Les études sur les forces qui brisent les os fournissent des informations sur les conceptions biomécaniques permettant de rétablir la résistance de ces mêmes os et leur suggèrent des méthodes permettant de corriger les défauts ou carences environnementaux ou génétiques. La compréhension de la mécanique et des exigences structurelles des différentes articulations du corps a déjà fourni les informations nécessaires pour concevoir des articulations de remplacement du genou, de la hanche et de l’épaule.
Intégration de la biologie, de la chimie et de la physique
Les organismes, qu'ils soient vivants, morts ou éteints, fonctionnent en raison de la combinaison de leurs éléments biologiques, chimiques et physiques. La compréhension de ces disciplines donne un aperçu des caractéristiques évolutives et structurelles des organismes. Par exemple, les arbres résistent parce que la cellulose dans leurs parois cellulaires et l’eau stockée dans leurs vacuoles fournissent la force structurelle nécessaire pour retenir la biomasse des arbres, y compris les feuilles qui convertissent l’eau et le dioxyde de carbone en énergie pour alimenter les processus chimiques qui permettent aux cellules de se transformer. grandir et se reproduire pour former de nouvelles cellules. Comprendre la force structurelle des os et les processus chimiques du métabolisme aide les scientifiques à comprendre et à recréer la biologie d'organismes éteints tels que les dinosaures et les reptiles marins. L'étude de la physique et de la chimie des systèmes biologiques liés à la Terre suggère l'existence et la structure de formes de vie potentielles dans des conditions extraterrestres.
Biologie, chimie ou physique?
De nombreux collèges offrent maintenant des programmes scientifiques intégrés plutôt que des études isolées en biologie, en chimie ou en physique. Ces programmes collégiaux reconnaissent l'interconnectivité des disciplines scientifiques. Les normes scientifiques actuelles de la maternelle au lycée sont axées sur la science intégrée, avec un accent croissant sur les sciences, la technologie, l’ingénierie et les mathématiques interconnectés (STEM ou, avec l’ajout de l’art, STEAM). De nombreux collèges, allant du programme de sciences intégré Princetons au département de chimie et de biochimie de l'université d'Oregons, en passant par le département de biologie du Harvey Mudd College, proposent désormais des cours et des diplômes qui ne se limitent pas à une seule discipline scientifique traditionnelle.