本文作者：MnFeN 北京大學化學本科畢業，Scripps研究所化學博士在讀

關於化學

　　“化學是什麼？”

　　有的同學聽說過一個段子：生物就是應用化學，化學就是應用物理，物理就是應用數學。這固然隻是個還原論的調侃，不過確實也職的深入思考其中的關係：數學與自然科學這些學科究竟有什麼不同，能不能用一門學科的視角研究另一門學科？

　　在每個尺度上，都有適合這個尺度的最佳描述體係。一切化學現象確實都可以用物理學解釋，然而解釋的成本或許遠超我們的科技水平。

　　微觀尺度上，薛定諤方程可以精確解出氫原子的波函數；然而就連多加一個電子的氦原子，精確求解都無能為力，更不用說各種多原子的分子。量子化學確實也開發出了種種近似計算的方式，但對於宏觀體係中阿伏伽德羅常數量級的分子數，指數增加的計算複雜度遠超全人類的計算力。

　　介於宏觀以下、微觀以上，化學正是這個尺度下的語言。學習高中乃至大學的化學知識時，不少同學有過類似的疑惑：為什麼化學中充滿了各種特例？這正是因為化學研究的每種元素都是“特例”般的獨特存在；而通過千百年間的實驗，科學家們探索各個元素的規律，輔之以數理模型，才逐漸搭建起了化學這門學科。

學科的知識結構

　　1、培養方案

　　不同學校本科化學專業培養方案中的課程大體相同。一年級中，化學專業的學生會最先接觸化學基礎理論與實驗(普通化學課程)；同時學習數理計算機方麵的基礎課程，作為專業課的前置知識。

　　在前三年中，課程會從化學這門一級學科向下延伸，逐步開設各門二級學科的理論與部分實驗課；每位同學也可以針對自己的興趣方向，選擇學科細分或難度更高的選修課。除此以外，學校一般會開設英語、體育、政治等公共必修課，以及各個專業麵向全校開設的通識教育選修課。

　　在畢業前的大四年級，時間將主要分配給科研而非課程，本科生通常需要在實驗室中完成畢業設計，這方麵的介紹詳見後文實驗與科研部分。

　　以下是各類專業課程的詳細介紹：

　　基礎專業課通常在大一修完，包括數理化和計算機的基礎知識。這些課是後續逐漸深入學習專業課的重要基礎，另一方麵它們也構建了自然科學的整體知識框架。

　　其中，非化學類課程包括高等數學、線性代數、普通物理、計算概論等。化學類課程包括普通化學原理與普通化學實驗，這兩門課可以算是高中化學的各個知識點出發，串聯其中的知識點，延拓為這門學科知識體係的基石。

　　作為各門實驗課的前置，大一通常會也有化學實驗室安全培訓課。此外，這類課程通常覆蓋了物理、生物、材料、計算機、環境等其他臨近學科的部分基礎專業必修課，所以有轉專業想法的同學在這一年中會有更多的選擇餘地與思考時間。

　　核心專業課通常是大二至大三上學期的必修課程，根據不同學校的教學方案可能有所出入，若學有餘力也可以選擇提前學習。

　　這些課程包括理論課與實驗課，針對化學之下的各個二級學科的基礎知識展開教學，如有機化學、無機化學、物理化學、分析化學、生物化學，是每個研究方向都或多或少應該掌握的知識。在這一階段，同學們會更全麵地逐漸了解化學的各個方向，依此確定後續課程與科研方向。

　　細分專業課通常是本科後半階段的選修課，其中包括各個二級學科或其他專業的進階知識、或者二級學科之下細分的專業，具體選修哪些課程取決於你的興趣與方向。

　　其中的化學課程難度更高、更貼近科研，所以不同院校根據研究重點與師資力量，開課情況可能有較大差異。

　　以我就讀的北大化院培養計劃中的課程為例，這部分課程包括

　　進階知識類：中級有機化學、中級無機化學、中級物理化學、中級結構化學及其實驗課；

　　細分學科類：金屬有機化學、立體化學、有機波譜分析、物理有機化學、藥物化學、儀器分析、色譜分析、分子光譜、量子化學、化工原理、環境化學、材料化學、高分子化學、電化學、界麵化學、膠體化學、催化化學、納米化學、放射化學等；

　　其他專業類：數理方法、量子力學、固體物理、分子生物學、數據結構與算法等。

　　2、化學實驗

　　正所謂 Chem-is-try，化學專業的絕大多數方向離不開實驗。

　　與其他專業平行比較，化學也許不算課程最多的那一梯隊；不過由於實驗課的存在，化學專業的課時略高於大多數理工科專業。

　　以北大化院為例，前三年總計約十門實驗必修或選修課，每周有一至三天各 5–8 小時的實驗課程；而每門課程均需要書寫實驗報告。對於從中學開始對化學實驗有興趣的同學，或許是苦中作樂樂在其中；但未曾了解過的同學選專業時可能需要做好一定的心理準備。

　　不可否認，化學實驗確實存在危險，近十幾年國內高校平均每年都有一兩起大型化學實驗事故。

　　然而詳細分析原因，化學實驗室的事故幾乎都是嚴重不規範的操作所致，如使用高度易自燃物質時未穿防火實驗服，高壓設備不按規範操作、活潑金屬粉末隨意堆放、強氧化劑與還原劑大量混合等——這些現象都應當完全避免發生。

　　不同類型實驗的危險性也各不相同，所以也會配備相應措施確保工作環境安全。有機等實驗室常用各種揮發性有機物，存在一定毒性，所以每個實驗台均會配置通風櫥，確保蒸氣不會逸散到室內。放射化學實驗室則更為嚴格，在放射性操作區的劑量檢測設備可以確保第一時間發現隱患，還會定期組織實驗室成員體檢。而大多數無機、儀器分析、生物等實驗室則比較安全。

　　退一步講，對於本科生教學實驗，也並不需要考慮這麼多。本科教學實驗設計上充分考慮了實驗安全，盡量避免使用危險物質和操作，用更安全的替代品完成教學目的，畢竟很多同學都是第一次接觸實驗。所以就報考專業而言，建議各位同學將專業興趣、課程難度、畢業去向等作為主要考慮因素，不必擔心“本科生要做化學實驗會不會很危險”。

　　3、本科生科研

　　大多數學校的化學專業均要求學生在大四進入課題組完成畢業設計，依此撰寫畢業論文。而進入課題組了解研究方向是比較漫長的過程，所以很多同學會選擇在大三或更早進入課題組。

　　課題組除了每周的實驗工作以外，每周或隔周還會有組會，用於交流課題組內的實驗進展，以及對相關領域的新進展進行綜述介紹。除了閱讀文獻以外，參加組會是課題組新成員了解這個研究方向的快捷方式。

　　對於大多數同學而言，本科生科研是在師兄師姐的帶領下完成的，相比於你究竟做出了多少科研成果，更像是一次確定畢業去向的重要體驗。

　　科研與人生前十幾年的經曆不同。從初中、高中到大學，經曆中考和高考，是讀到這裏的大多數同學唯一的人生道路。在這條路上有付出就會有收獲，學更多的知識就會取得更好的成績——然而科研並非如此：在你提出實驗設想之後，朝著這個方向努力了兩三年甚至更多，最終真理卻可能就等在原點的反方向，而你卻愈行愈遠。不單是化學，也不單是學生，所有研究生、博士生、導師等等科研從業者都麵臨著同樣的風險，付出和收益並不成正比。

　　沒接觸科研的同學大概都有一定的思維慣性，覺得科研也應該遵循著“隻要我努力，就應該會產出結果”的人生經驗。而本科生科研就是這樣一個契機，讓你在本科階段體驗科研這種非線性回報，或是擺正心態，或是認識到自己能否適應這種模式。也許你的實驗長期沒有進展，這不意味著是你的個人原因，畢竟探索未知正是這樣的過程。

　　4、交叉學科

　　化學早已不是分為有機、無機、物化、分析這“四大化學”的時代。科學如今逐漸發展出高度分化而又高度綜合化的網狀知識體係，諸多交叉學科也隨之誕生。化學作為自然科學體係中承上啟下的一環，在其中作用重大，與物理、生物、計算機等領域共同衍生出了諸多交叉學科。

　　理論化學：

　　理論化學是化學方向最不需要親自實驗的學科，而又是被很多做實驗的課題組所需要的學科。它利用非實驗的理論推導與計算，預測或解釋實際化學實驗中的現象。這門學科廣泛運用數理與計算機工具，衍生出量子化學、計算化學、分子動力學等方向。

　　生物化學：

　　生物學的研究自宏觀向微觀逐漸發展。當生物學突破細胞這一層級，觸及生物大分子甚至小分子時，化學便成為了有利的輔助工具，形成生物化學、化學生物學、分子生物學等學科。這些研究側重生物體內的化學過程，或是從分子層級探究甚至影響生物體內的現象。

　　藥物化學：

　　生物與化學的另一個重要交叉點便是藥物化學。這門學科可以尋找有生物、藥物活性的小分子，修飾並改進其結構，使之成為可用的藥物；研究藥物分子在體內起效的機理、代謝過程，從而指導藥物分子的結構改進。有機化學在其中至關重要：有機合成學可以設計各類修飾的藥物小分子的合成路線，而有機方法學為這些合成路線提供並優化每一步的反應。

　　材料化學：

　　材料化學是一門時間跨度與學科跨度都很廣的重要學科：廣義上的材料化學可謂曆史悠久，青銅器便是最早的例子之一；而時至今日，隨著人類對各類材料的應用，材料化學衍生出了眾多分支，如聚合物材料、半導體材料、陶瓷材料、納米材料、生物材料等。材料化學研究各種材料的製備、結構、表征及應用，與物理、化學之下的領域有廣泛的交集。

　　其它：

　　除此之外，化學與諸多學科(甚至非傳統的理工科)都形成了交叉學科：向上到利用光譜質譜等手段研究星際分子及其它星球的宇宙化學；向下到研究地殼、海洋、地幔等地質結構中化學成分、化學規律及形成原理的地球化學；向前到鑒定保護出土的各類有機或無機文物的考古化學；向後到研究各種化學物質對環境及生物的長期影響、指導人類正確利用化學的環境化學；及著眼於人類日常生活質量的食品化學、日用品化學等。。

專業前景

　　1、本科畢業去向

　　本科畢業後無外乎繼續深造或直接就業兩條道路。多數院校本科化學專業培養方案意在向科研過渡，且化學相關的對口工作大多數要求更高的學曆，所以培養方案並不支持本科就業。所以若非想讀研，也沒有提前規劃轉行，本科就業的選擇很有限，隻能選擇專業對口的少數工作、或依靠學曆尋找專業不對口的工作。

　　未轉行的化學方向畢業生通常會選擇繼續深造：保研、beplay中心钱包体育钱包或留學。目前國內外化學方向的兩年製碩士研究生較少見，常見的是本科畢業後直接成為博士研究生，項目時長 4–7 年(多為五年)。一流高校出國和保研人數約各占一半，而大部分 985 和 211 院校中，由於出國難度很高，保研會存在更激烈的競爭。

　　2、從業選擇

　　高校教職：

　　研究生畢業後如果希望投身於更前沿的研究、依然堅持學術路線，通常要申請博士後，然後在高校申請教職。不過需要注意，目前高校科研崗位趨於飽和，競爭日益激烈，對學術經曆及學位的要求也在逐漸升高。並且教職在五年左右的試用期後非升即走，所以隻有少數人能堅持學術道路，可以在讀研期間的感受決定畢業去向。

　　依靠專業知識從業：

　　這是大多數化學專業畢業生的去向，也是專業對口的常見出路。如前文交叉學科部分所述，化學相關的領域遍布現代生活的各方麵，高學曆畢業生不難找到專業對口的崗位。常見選擇有：製藥企業、石油化工、日用化工、試劑廠商、合金陶瓷等材料研發、分析測試中心、質檢中心、化妝品研發、專業期刊編輯、中學教師、科學顧問等。

　　依靠專業知識轉行：

　　部分方向(如理論與計算化學)研究人員的數理基礎與計算機水平均較好，可以依此進入物理或計算機相關的領域尋找工作。

　　選調進入政府部門：

　　與專業知識關係較小，主要依靠學曆、政治麵貌、學生工作經曆等，需要提前備考。