本文作者：MnFeN 北京大学化学本科毕业，Scripps研究所化学博士在读

关于化学

　　“化学是什么？”

　　有的同学听说过一个段子：生物就是应用化学，化学就是应用物理，物理就是应用数学。这固然只是个还原论的调侃，不过确实也职的深入思考其中的关系：数学与自然科学这些学科究竟有什么不同，能不能用一门学科的视角研究另一门学科？

　　在每个尺度上，都有适合这个尺度的最佳描述体系。一切化学现象确实都可以用物理学解释，然而解释的成本或许远超我们的科技水平。

　　微观尺度上，薛定谔方程可以精确解出氢原子的波函数；然而就连多加一个电子的氦原子，精确求解都无能为力，更不用说各种多原子的分子。量子化学确实也开发出了种种近似计算的方式，但对于宏观体系中阿伏伽德罗常数量级的分子数，指数增加的计算复杂度远超全人类的计算力。

　　介于宏观以下、微观以上，化学正是这个尺度下的语言。学习高中乃至大学的化学知识时，不少同学有过类似的疑惑：为什么化学中充满了各种特例？这正是因为化学研究的每种元素都是“特例”般的独特存在；而通过千百年间的实验，科学家们探索各个元素的规律，辅之以数理模型，才逐渐搭建起了化学这门学科。

学科的知识结构

　　1、培养方案

　　不同学校本科化学专业培养方案中的课程大体相同。一年级中，化学专业的学生会最先接触化学基础理论与实验(普通化学课程)；同时学习数理计算机方面的基础课程，作为专业课的前置知识。

　　在前三年中，课程会从化学这门一级学科向下延伸，逐步开设各门二级学科的理论与部分实验课；每位同学也可以针对自己的兴趣方向，选择学科细分或难度更高的选修课。除此以外，学校一般会开设英语、体育、政治等公共必修课，以及各个专业面向全校开设的通识教育选修课。

　　在毕业前的大四年级，时间将主要分配给科研而非课程，本科生通常需要在实验室中完成毕业设计，这方面的介绍详见后文实验与科研部分。

　　以下是各类专业课程的详细介绍：

　　基础专业课通常在大一修完，包括数理化和计算机的基础知识。这些课是后续逐渐深入学习专业课的重要基础，另一方面它们也构建了自然科学的整体知识框架。

　　其中，非化学类课程包括高等数学、线性代数、普通物理、计算概论等。化学类课程包括普通化学原理与普通化学实验，这两门课可以算是高中化学的各个知识点出发，串联其中的知识点，延拓为这门学科知识体系的基石。

　　作为各门实验课的前置，大一通常会也有化学实验室安全培训课。此外，这类课程通常覆盖了物理、生物、材料、计算机、环境等其他临近学科的部分基础专业必修课，所以有转专业想法的同学在这一年中会有更多的选择余地与思考时间。

　　核心专业课通常是大二至大三上学期的必修课程，根据不同学校的教学方案可能有所出入，若学有余力也可以选择提前学习。

　　这些课程包括理论课与实验课，针对化学之下的各个二级学科的基础知识展开教学，如有机化学、无机化学、物理化学、分析化学、生物化学，是每个研究方向都或多或少应该掌握的知识。在这一阶段，同学们会更全面地逐渐了解化学的各个方向，依此确定后续课程与科研方向。

　　细分专业课通常是本科后半阶段的选修课，其中包括各个二级学科或其他专业的进阶知识、或者二级学科之下细分的专业，具体选修哪些课程取决于你的兴趣与方向。

　　其中的化学课程难度更高、更贴近科研，所以不同院校根据研究重点与师资力量，开课情况可能有较大差异。

　　以我就读的北大化院培养计划中的课程为例，这部分课程包括

　　进阶知识类：中级有机化学、中级无机化学、中级物理化学、中级结构化学及其实验课；

　　细分学科类：金属有机化学、立体化学、有机波谱分析、物理有机化学、药物化学、仪器分析、色谱分析、分子光谱、量子化学、化工原理、环境化学、材料化学、高分子化学、电化学、界面化学、胶体化学、催化化学、纳米化学、放射化学等；

　　其他专业类：数理方法、量子力学、固体物理、分子生物学、数据结构与算法等。

　　2、化学实验

　　正所谓 Chem-is-try，化学专业的绝大多数方向离不开实验。

　　与其他专业平行比较，化学也许不算课程最多的那一梯队；不过由于实验课的存在，化学专业的课时略高于大多数理工科专业。

　　以北大化院为例，前三年总计约十门实验必修或选修课，每周有一至三天各 5–8 小时的实验课程；而每门课程均需要书写实验报告。对于从中学开始对化学实验有兴趣的同学，或许是苦中作乐乐在其中；但未曾了解过的同学选专业时可能需要做好一定的心理准备。

　　不可否认，化学实验确实存在危险，近十几年国内高校平均每年都有一两起大型化学实验事故。

　　然而详细分析原因，化学实验室的事故几乎都是严重不规范的操作所致，如使用高度易自燃物质时未穿防火实验服，高压设备不按规范操作、活泼金属粉末随意堆放、强氧化剂与还原剂大量混合等——这些现象都应当完全避免发生。

　　不同类型实验的危险性也各不相同，所以也会配备相应措施确保工作环境安全。有机等实验室常用各种挥发性有机物，存在一定毒性，所以每个实验台均会配置通风橱，确保蒸气不会逸散到室内。放射化学实验室则更为严格，在放射性操作区的剂量检测设备可以确保第一时间发现隐患，还会定期组织实验室成员体检。而大多数无机、仪器分析、生物等实验室则比较安全。

　　退一步讲，对于本科生教学实验，也并不需要考虑这么多。本科教学实验设计上充分考虑了实验安全，尽量避免使用危险物质和操作，用更安全的替代品完成教学目的，毕竟很多同学都是第一次接触实验。所以就报考专业而言，建议各位同学将专业兴趣、课程难度、毕业去向等作为主要考虑因素，不必担心“本科生要做化学实验会不会很危险”。

　　3、本科生科研

　　大多数学校的化学专业均要求学生在大四进入课题组完成毕业设计，依此撰写毕业论文。而进入课题组了解研究方向是比较漫长的过程，所以很多同学会选择在大三或更早进入课题组。

　　课题组除了每周的实验工作以外，每周或隔周还会有组会，用于交流课题组内的实验进展，以及对相关领域的新进展进行综述介绍。除了阅读文献以外，参加组会是课题组新成员了解这个研究方向的快捷方式。

　　对于大多数同学而言，本科生科研是在师兄师姐的带领下完成的，相比于你究竟做出了多少科研成果，更像是一次确定毕业去向的重要体验。

　　科研与人生前十几年的经历不同。从初中、高中到大学，经历中考和高考，是读到这里的大多数同学唯一的人生道路。在这条路上有付出就会有收获，学更多的知识就会取得更好的成绩——然而科研并非如此：在你提出实验设想之后，朝着这个方向努力了两三年甚至更多，最终真理却可能就等在原点的反方向，而你却愈行愈远。不单是化学，也不单是学生，所有研究生、博士生、导师等等科研从业者都面临着同样的风险，付出和收益并不成正比。

　　没接触科研的同学大概都有一定的思维惯性，觉得科研也应该遵循着“只要我努力，就应该会产出结果”的人生经验。而本科生科研就是这样一个契机，让你在本科阶段体验科研这种非线性回报，或是摆正心态，或是认识到自己能否适应这种模式。也许你的实验长期没有进展，这不意味着是你的个人原因，毕竟探索未知正是这样的过程。

　　4、交叉学科

　　化学早已不是分为有机、无机、物化、分析这“四大化学”的时代。科学如今逐渐发展出高度分化而又高度综合化的网状知识体系，诸多交叉学科也随之诞生。化学作为自然科学体系中承上启下的一环，在其中作用重大，与物理、生物、计算机等领域共同衍生出了诸多交叉学科。

　　理论化学：

　　理论化学是化学方向最不需要亲自实验的学科，而又是被很多做实验的课题组所需要的学科。它利用非实验的理论推导与计算，预测或解释实际化学实验中的现象。这门学科广泛运用数理与计算机工具，衍生出量子化学、计算化学、分子动力学等方向。

　　生物化学：

　　生物学的研究自宏观向微观逐渐发展。当生物学突破细胞这一层级，触及生物大分子甚至小分子时，化学便成为了有利的辅助工具，形成生物化学、化学生物学、分子生物学等学科。这些研究侧重生物体内的化学过程，或是从分子层级探究甚至影响生物体内的现象。

　　药物化学：

　　生物与化学的另一个重要交叉点便是药物化学。这门学科可以寻找有生物、药物活性的小分子，修饰并改进其结构，使之成为可用的药物；研究药物分子在体内起效的机理、代谢过程，从而指导药物分子的结构改进。有机化学在其中至关重要：有机合成学可以设计各类修饰的药物小分子的合成路线，而有机方法学为这些合成路线提供并优化每一步的反应。

　　材料化学：

　　材料化学是一门时间跨度与学科跨度都很广的重要学科：广义上的材料化学可谓历史悠久，青铜器便是最早的例子之一；而时至今日，随着人类对各类材料的应用，材料化学衍生出了众多分支，如聚合物材料、半导体材料、陶瓷材料、纳米材料、生物材料等。材料化学研究各种材料的制备、结构、表征及应用，与物理、化学之下的领域有广泛的交集。

　　其它：

　　除此之外，化学与诸多学科(甚至非传统的理工科)都形成了交叉学科：向上到利用光谱质谱等手段研究星际分子及其它星球的宇宙化学；向下到研究地壳、海洋、地幔等地质结构中化学成分、化学规律及形成原理的地球化学；向前到鉴定保护出土的各类有机或无机文物的考古化学；向后到研究各种化学物质对环境及生物的长期影响、指导人类正确利用化学的环境化学；及着眼于人类日常生活质量的食品化学、日用品化学等。。

专业前景

　　1、本科毕业去向

　　本科毕业后无外乎继续深造或直接就业两条道路。多数院校本科化学专业培养方案意在向科研过渡，且化学相关的对口工作大多数要求更高的学历，所以培养方案并不支持本科就业。所以若非想读研，也没有提前规划转行，本科就业的选择很有限，只能选择专业对口的少数工作、或依靠学历寻找专业不对口的工作。

　　未转行的化学方向毕业生通常会选择继续深造：保研、考研或留学。目前国内外化学方向的两年制硕士研究生较少见，常见的是本科毕业后直接成为博士研究生，项目时长 4–7 年(多为五年)。一流高校出国和保研人数约各占一半，而大部分 985 和 211 院校中，由于出国难度很高，保研会存在更激烈的竞争。

　　2、从业选择

　　高校教职：

　　研究生毕业后如果希望投身于更前沿的研究、依然坚持学术路线，通常要申请博士后，然后在高校申请教职。不过需要注意，目前高校科研岗位趋于饱和，竞争日益激烈，对学术经历及学位的要求也在逐渐升高。并且教职在五年左右的试用期后非升即走，所以只有少数人能坚持学术道路，可以在读研期间的感受决定毕业去向。

　　依靠专业知识从业：

　　这是大多数化学专业毕业生的去向，也是专业对口的常见出路。如前文交叉学科部分所述，化学相关的领域遍布现代生活的各方面，高学历毕业生不难找到专业对口的岗位。常见选择有：制药企业、石油化工、日用化工、试剂厂商、合金陶瓷等材料研发、分析测试中心、质检中心、化妆品研发、专业期刊编辑、中学教师、科学顾问等。

　　依靠专业知识转行：

　　部分方向(如理论与计算化学)研究人员的数理基础与计算机水平均较好，可以依此进入物理或计算机相关的领域寻找工作。

　　选调进入政府部门：

　　与专业知识关系较小，主要依靠学历、政治面貌、学生工作经历等，需要提前备考。