化学：宏观与微观之间

作者：张馨予

Contents

关于学科本身

学科的知识结构

专业前景

作者 |MnFeN 北大化学系本科，美国Scripps研究所博士在读

关于学科本身

本篇文章中的“化学”指的是教育部《普通高等学校本科专业目录》中“理学（07）”目录下属的“化学类（0703）”各专业。

—Σ—

“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，不过确实也值得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

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。

—Σ—

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；