詳解化學專業

化學專業Chemistry

每年12月10日，諾貝爾評委員會公布一年一度的諾貝爾獎獲得者名單。

作為科學界中的頂級獎項之一，諾貝爾獎由瑞典著名化學家阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾的部分遺產作為基金所創立的獎項。

每年頒獎典禮都吸引著無數人的注意力。

今天我們就來聊聊諾貝爾博士的老本行，化學專業的前景。

Why chemistry

最早化學Chemistry這個概念是從煉金術Alchemy中引申過來，通常和點石成金（或者點鉛成金）相聯系。

現代化學所關注的重點在于化合物的分子原子結構、其物理/化學特性以及各個化合物之間的交互，更加前沿的研究更偏向于化合物的量子力學模型。

化學亦與日常生活的關系分外密切，從使食物香噴噴的美拉德反應到清洗時的皂化反應，更不要說人體內每時每刻都在進行著的各種生物化學反應了。可以說只有初步理解了化學的各種概念，才能最終認識和改造物質世界。

Where

化學系Department of Chemistry是美國大學中舉足輕重的一個大系，各個綜合型大學也開設了五花八門的化學相關項目。下面我們就來看看美國大學在化學學科中排名前列的幾個頂尖學府。

根據 USNews 2019年的報告——

加州理工California Institute of Technology

麻省理工Massachusetts Institute of Technology

哈佛大學Harvard University

斯坦福大學Stanford University

加州大學伯克利分校University of California - Berkeley

西北大學Northwestern University

……等學校在化學學科排名中名列前茅。

1加州理工學院California Institute of Technology

加州理工學院專注于科學和工程，相比其他的綜合型大學而言，加州理工小而精，每年在讀的本科生不超過1000人。

學校坐落于加州Pasadena，每年學校都有許多與政府和商業機構的合作項目，在校學生可以深度參與到此類項目中去積累經驗。加州理工學院去年在化學學科排名第一。

加州理工引以為豪的師生比student-faculty ratio僅為3比1。同學們有充足的機會和教授討論想法、拓展視野。教授對每個同學的情況都比較了解，也能給出非常個性化的答案。

每年夏季，SURF（The Summer Undergraduate Research Fellowships）都會吸引一大部分有志于研究工作的同學參與。在10周時間內，導師給每一個參與者適合于個人的定制化課題來做研究。

與此同時，每周也會有來自JPL等國際知名的實驗室和研究機構的專家和工程師來做小型報告，分享最前沿的科研知識。可以說加州理工夏季的研究項目是大家可以拓展個人科研能力的一個絕好機會。

2哈佛大學Harvard University

哈佛大學是美國歷史最悠久的幾所私立大學之一。創立于1636年，哈佛大學為了紀念一位牧師John Harvard而命名，他在學校創立初期給這個新學院捐贈了400卷圖書和他的半數財產。

快400年過去了，哈佛大學已經成為了常春藤聯盟Ivy League Schools中最大和最有挑戰性的大學之一。

每年有超過20000名注冊學生在校。在去年的USNews排名中，哈佛大學榮居第二。

這也使得其申請難度居高不下，許多對哈佛有執念的申請者往往在Early Decision階段就早早提交了申請，期望能被哈佛選中成為幸運兒。

哈佛化學系以其雄厚的師資力量而著稱，即使是大一的基礎化學課也都由化學領域聞名的牛人來教授。

在哈佛化學系你可以和2013年諾貝爾化學獎得主Martin Karplus博士暢談他的團隊所構筑的的生化分子的電子結構模型，你可以和岸義人博士Dr.Yoshito Kishi討論其團隊最新研發的E7130抗癌藥物，你可以體驗Adam Cohen博士關于神經突觸中電化學變化模型的報告，你可以接觸到最前沿的研究和想法。

3杜克大學Duke University

杜克大學成立于1838年，坐落于美國北卡羅來納州達勒姆。

在此你們可以享受到美國的小鎮文化和美國南部和煦的風光。杜克大學的學生本科前三年都被要求住在校內，此舉意在鼓勵學生參與學校活動和項目。

作為常年蟬聯NCAA籃球聯賽的學院之一，杜克大學上下彌漫著一股對籃球的瘋狂氣氛。去年杜克大學在化學學科上排名第32。

4約翰霍普金斯大學Johns Hopkins University

約翰霍普金斯大學坐落于馬里蘭州巴爾的摩市，是美國第一所研究型大學。校內研究氣氛濃郁，可以說是個學霸扎堆的大學。其基礎醫學、生物工程以及近年來展露頭角的Carey商學院都全美聞名。

JHU另一個有趣的課程特質就是不存在一個核心課程 Core Curriculum，幾門最基礎的課程之外，很少有必修的課程。

學生可以完全根據自己的興趣和學校顧問重新設計她/他最適合的課程，這樣既保證了學業的扎實程度又最大程度上滿足了學生的學術延展性。JHU去年在化學學科中排名第24。

除開以上幾所學校

賓夕法尼亞大學University of Pennsylvania

喬治亞理工學院Georgia Institute of Technology

華盛頓大學University of Washington

埃默里大學Emory University

匹茲堡大學University of Pittsburgh

范德堡大學Vanderbilt University

南加州大學University of Southern California

……等學校均是美國前50名內化學專業的有力競爭者。

Which courses

和上期理科特輯中一樣，我們這次也以斯坦福大學的化學學士學位為例子來闡述。The mission of the undergraduate program in Chemistry is to provide students with foundational knowledge in the subdisciplines of chemistry as well as depth in one or more advanced areas, including cutting-edge research. Introductory course work allows students to gain hands-on experience with chemical phenomena, gather data, and propose models and explanations for their observations, thus participating in the scientific process from the start. In advanced labs and lectures, students build an in-depth knowledge of the molecular principles of chemistry empowering them to become molecular engineers comfortable with the methodologies necessary to solve complex problems and effectively articulate their ideas to the scientific community. Ultimately the analytical thinking and problem solving skills developed within the chemistry major make students successful candidates for a wide range of careers in chemistry and beyond, including engineering, teaching, consulting, medicine, law, science writing, and science policy.可以看出斯坦福大學的設立化學學士學位項目的最終目標是給本系的學生提供一個扎實的化學基礎和介紹一些前沿的化學研究。

基礎的課程能培養學生第一手的實驗室技巧、整合數據的能力、構建模型并作出合理解釋的能力；高級課程和實驗能培養學生在處理復雜任務的能力。其核心目的在于培養一位位能獨立提供解決方案的化學工程師。

2019年開始，斯坦福化學系提供兩個大類的化學系專精：傳統化學Traditional Chemistry和生物化學Biological Chemistry。我們就來分別看看它們的課程設置。

傳統化學專精的基礎課程包括有——

生物活性分子中的有機化學Organic Chemistry of Bioactive Molecules

復合功能化合物中的有機化學Organic Polyfunctional Compounds

有機化學實驗Organic Chemistry Lab

無機化學Inorganic Chemistry

物理化學Physical Chemistry

電化學測量實驗Electrochemical Measurement Lab

……等等。同時，化學系本科生還要選修一些數學和物理的課程：

微積分Calculus

線性代數Linear Algebra

力學Mechanics

電磁學Electricity and Magnetism

在傳統課程的基礎上，生物化學專精的同學還要額外選擇一些生物方面的課程：

基因學Genetics

生理學Physiology

細胞生物學Cell Biology

此外他們還必須根據自己的興趣，選擇一門研究生水平的課程。例如：

材料化學和物理學Materials Chemistry and Physics

分子細胞免疫學Molecular and Cellular Immunology

計算生物學-生物分子和細胞的結構和組織Computational Biology: Structure and Organization of Biomolecules and Cells

生物大分子Biological Macromolecules

……等高端課程。

在研究生階段，化學又會往更加細分的領域發展：

有機化學Organic Chemistry

無機化學Inorganic Chemistry

物理化學Physical Chemistry

理論化學Theoretical Chemistry

生物化學Biochemistry

材料化學Materials Chemistry

催化化學Catalytic Chemistry

計算化學Computational Chemistry

等等……

Who are they looking for?

要在申請化學系的競爭中脫穎而出，申請者就要給學校招生辦公室一個不能拒絕你的理由。國際國內的化學學術活動獎項中名列前茅的申請者往往比其他人要更有優勢。在高中階段申請者如果能接觸到入門的科研小組要盡力去參與。

但并不是所有申請人都能擁有此類硬性條件。

在申請的文書中，同學們就要把平時參加的課外活動、業余的愛好與化學緊密聯系在一起。要在文書中有條理的闡述為什么化學系是你所追求的目標。

如果把Why Chemistry這個核心的問題回答地盡善盡美，那這份申請在招生官眼中會更為突出。所以在文書的寫作思路方面，可以多思考平時自己的思想歷程，想一想為什么非化學不可，有了化學的知識又能幫助你實現怎么樣的人生目標。

在申請準備期間，如果能在SAT Subject Test考試中取得一個好的化學成績，這對你的申請也會有一個錦上添花的作用。

同時，如果還有時間能參加一些Advanced Placement的化學考試，這在秋季入學的時候可以替代許多入門的基礎課程，在財力、精力和時間上就會多出許多富余，不失為一個好的選擇。

如果在申請時期實在擠不出時間，那也沒必要勉強。

Future Career

和其他基礎學科的本科畢業生一樣，化學本科畢業生大多選擇繼續深造，攻讀碩士/博士項目。未來的職業選擇也比較寬廣：

化學碩博畢業生可以在醫藥企業、化工企業和其他研究機構充當研究的先鋒軍，可以在政府機構充當顧問的角色，可以在大學或者高中找到一份教職全職教書，可以為公檢法單位提供相關專業的咨詢。

與此同時，化學專業所修習的課程內容和實驗技巧在很大程度上只限于很狹窄的一面。如果要轉行那就需要付出一定的沉沒成本，之前學習的內容可能并不能在新的學科中得到體現。

所以在選擇化學這樣的基礎學科時，比較推薦輔修Minor另外一門實用型的學科，那以后選擇的余地會更大

Epilogue

最后讓我們回到諾貝爾獎，21世紀以來諾貝爾化學獎所授予的研究成果大多存在于在交叉學科中：

03年細胞膜中離子通道的發現和建模

08年綠色熒光蛋白GFP的發現和改造

09年對核糖體的完整結構的確定

14年超分辨率熒光顯微技術的應用

15年DNA修復的細胞機制解密

……等研究，都揭示了化學這門古老的科學在新時代新技術的支持下所能擁有的多樣面貌。