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「化学」专业是一门什么样的专业?

原创版权 未知作者:缘起 字体大小选择: [ ]

  
  
  1、化学是不是伪科学?
  
  也不知道从什么时候开始,大概是贴吧的某事件吧,“化学是伪科学”的说法甚嚣尘上,不少人还认为,化学顶多算得上是物理学的二级学科。要说化学是什么专业,我们不得不面对化学的地位问题。
  
  在我国教育部现行的学科分类中,化学属于理学大类,是一级学科,排在数学与物理之后;实际上,大多数学校的理科院系,也是沿袭了这一划分,所以才有了“数理化”的称呼。不过数学和物理化学还有区别,因为数学并非是自然科学,并非是为了解决自然界的什么具体问题,是一种哲学思维层面的学问,是鄙视链的最上游,而物理或化学,都是在研究自然现象。
  
  因为自然界只有一个,所以,自然学科也应该只有一个,换句话说,物理,格物致知,的确是包罗万象,应该是唯一存在的自然学科。在自然科学中,物理不只是可以鄙视其他学科,而是其他学科本就不该存在。从这个角度来说,化学被称为物理学研究“原子”与“分子”层面的二级学科,没有问题,高兴就好。但是从学科分类的角度来说,二者的差别还是很大的。
  
  然而,自然科学那么多门类,为什么偏偏化学最容易被吐槽成伪科学呢?我想这恰恰是因为物理与化学之间比较紧密的关系,相爱相杀呗。
  
  那么,和物理(学科意义的)相比,化学究竟“伪”在何处?
  
  一言以蔽之,不求甚解。
  
  物理和化学的研究内容有很大重叠,思路却有很大区别。
  
  经典的物理学理念是什么?爱因斯坦的那句名言说明一切:上帝不掷骰子。在很多物理学家眼中,绝对意义的“随机”是很不可思议的事情,哪怕是掷骰子,如果输入了一切初始参数,那么也一定可以准确地推算出最终停在几点。实际上,直到现在,物理学家对于原因-结果这组关系的研究深度也远远超过其他学科,有果必有因,这才是物质世界应该有的模样。
  
  但是,化学家就是“不求甚解”,用一种粗糙而实用的方法去解释现象。最典型的是有机化学的反应机理。你说它是原因吗?绝对不是。化学反应的推动力,至少应该从粒子间的作用力去思考。但是,有机反应机理的处理方法,是以反应物的电子作为起点,然后就推动着其他反应物分子发生结构变化,它反映的并非是化学反应真实的模样。可你不得不承认的是,现在的这种机理分析法,远比用纯粹的量子力学去处理要简洁得多。量子力学推演出分子轨道,学过有机化学,借助于分子轨道原理去解释化学反应,难道不行吗?当然也行,只不过费时费力,大多数科班出身的人,都画不出苯环的分子轨道示意图,要是再去处理更复杂的结构,没有计算机辅助,那就是瞎蒙了;采用有机机理的方式,不敢说没有错误,但是哪些原子之间会产生作用力,一目了然。
  
  所以,化学关注的是什么?其实是现象与本质之间的联系。本质并不一定导致某种现象,但是不管出现什么现象,它都和本质之间存在着关联。所以这组关系,和原因与结果的关系不同。说得更直白一些,物理学的研究思路是找出必然的因果关系,而化学的研究思路是找出确切的相关关系。
  
  需要注意的是,这么说,并非是指物理化学泾渭分明,其实两者互相借鉴的很多,侧重点不同而已。
  
  所以,再提一个命题,很多人都说,物理擅长演绎,而化学擅长归纳,其实,就是把我前面所说的观点引申了一下。
  
  然而不少人认为,演绎是科学,而归纳就不是科学,因为归纳法有一个严重的缺陷,一旦出现一个反例,那么归纳出的结论就是错误的。没错,逻辑上是这样,但是并不能因此就认为,归纳不叫科学。我们必须要注意一点,自然也许就是附加了随机性,并不是给出一个初始状态和确切条件,就一定可以知道下一秒的状态,那么,纯粹数学意义的演绎,一定就是符合真实世界吗?
  
  从这个角度来说,通过对现象的收集,归纳出本质,这难道不是实事求是的一种做法?
  
  所以,化学的“不求甚解”,实际上可以视为对于物理研究的一种互补关系。很多时候,正是因为学科间的相互借鉴,才推动了科学的发展,现代化学建立在量子物理的基础上,但是量子物理本身的发展过程,实际上也是有19世纪化学家们对数据的大量积累。再比如,玻尔兹曼写出了S=klnΩ,这个公式的出发点可是道尔顿的原子论,反倒是同时代的物理化学界奥斯特瓦尔德不信原子论,和玻尔兹曼撕得不可开交。还有,都知道牛顿是近代微粒学说的支持者,但是他的理念,很可能是来自于他的同僚波义耳,他俩关系很好,都酷爱炼金术,而波义耳撰写《怀疑的化学家》时,已经有了很完备的微粒概念,此时牛顿还没成年。
  
  如此来看,你还觉得化学是“伪科学”吗?
  
  2、化学研究什么?
  
  还是一句话解决问题:物质是个啥?这就是化学的任务。
  
  其实,早期的物理学界很少会钻研物质是啥这个问题,大概也是给化学界留口饭吃吧。
  
  不管怎么样,我们在学习初级的物理课程时,大多只会从不同的参数去认识它,比如质量、密度、吸收波长等等。正因为此,牛顿在《自然哲学的数学原理》中,第一个定义,他就没有准确区分“物质的量”和“质量”(quantity vs. mass)。实际上,根据现代定义,这两个物理量是不同的,需要考虑物质本身的区别。但是,对于牛顿来说,这其实是无所谓的,因为不管是木头、钢铁还是陶瓷材质,在他的计算体系中,统统都要满足公式。随便是由什么原子构成的,也随便原子以什么方式互相连接,在经典力学中,都可以用一个“质点”简单处理。
  
  那么化学,就是捡起了这个空缺,对物质本身进行研究。
  
  具体到课程而言,教育部对化学学科进行了二级学科划分,目前分为五类:
  
  a)无机化学:与有机化学相对,主要研究无机物,基本等同于不含碳的物质;
  
  b)有机化学:研究有机物,也就是绝大多数含碳的物质,但是也需要用到很多无机物原料;
  
  c)分析化学:学习怎么分析物质,又细分为化学分析和仪器分析两大类;
  
  d)物理化学:研究物质在原子层面时的物理性质,又细分为热力学和动力学两大类,以及电化学、胶体化学、界面化学等诸多小类;
  
  e)高分子化学:研究大分子物质,包括天然高分子和人工合成高分子。
  
  如果你在各高校的化学系参观,就会发现一般都会分为这几个组别,由不同的“主任”负责管理。
  
  但是,千万,千万不要因为在高中化学学得不错,就认为大学的化学内容很简单——这可能是我支持“劝退”的唯一理由。实际上,纯理科都是坑,但是化学在高中显得人畜无害,只要肯下功夫,似乎就能学得好。但那真的只是错觉。
  
  首先,化学在本科阶段的任务非常重。
  
  五大二级学科,这还只是最基本的课程,但是就这里面的有机和物化,就足以让很多人生不如死。
  
  稍微严格一点的学校,有机都会使用北大版由邢其毅老师主编的《基础有机化学》(邢大本),两册加起来将近十公分厚,16开本,密密麻麻的小字。我是03级入学,北大当年由裴伟伟老师和许家喜老师分班授课,全部课程是96学时(含考试周)。算算看,几十万字,不到一百个小时学完——别说学了,把这么多字依次看完,估计也得二十个小时。所以,这门课就是哀鸿遍野,是很多学生的梦魇。顺便说一句,这门课是竞赛生与高考生的主要分水岭,所以,如果在高中的时候想走竞赛的路子,别的本事不用看,就对着邢大本,看看能在短时间内学懂多少,压力不大的,就会比较有戏。
  
  物理化学是另一种磨人的妖精。你以为和高中化学平衡那样,只要记住几个基本模式就够了?那绝对会把自己坑死。如果物理基础不好,甚至在热力学中分不清Q、H和W的关系,然后你就会惊奇地发现,原来“恒压”和“恒容”这两个选项,就能玩出各种花儿来,然后在做练习题的时候欲仙欲死。这还不要紧,关键还不能跳章学习,你觉得热力学太烦人,然后跳到动力学部分,又会发现,这里的模型都很可爱,就是啥也看不懂。再到电化学的时候,那些公式就成天书了。
  
  还有,我不说另外三门,绝对不是因为它们简单,只是它们还可以像高中化学那样,装成很简单的样子。
  
  好了,你觉得二级学科的门槛似乎可以熬过去,我们再谈谈关联学科。
  
  数学,肯定得学吧?微积分和线性代数,这是最基础的,对于部分专业方向,可能还需要用到复变函数、数理统计啥的。这些课程,的确比数学系和物理系开的课都简单,也可能比金融专业或计算机专业简单,但是课时通常也会更短。
  
  物理,肯定也得学吧?好了,力学、光学、电磁学,这三样,先干为敬。
  
  化学号称“中心学科”,连接起了各种自然科学,所以,跟生物相关的生物化学,跟环境相关的环境化学,一般也是半必修的地位。
  
  同时,化学和工业的关联很大,那么,应用化学以及化工基础,这也是需要的。
  
  对了,你还得学计算机,未来没有什么研究可以离得开计算机,所以基本的编程原理以及主要办公软件的使用方法,肯定是要学的,好一点的学校还会专门授课,学习化学专业软件如chemdraw等等软件的用法。当然,如果出于转系的需要,你可能更需要学计算机。
  
  看起来似乎还好。不过,难道化学只需要学这么几门?想得太美了。
  
  每一门还都有延伸的课程,北大这类学校,一般也都采取必修的方式教学。比如结构化学,这玩意儿没点群论的基础,还真不是很好学;比如有机化学之后的合成设计,这需要对各种有机反应非常熟悉;比如北大化院的明星课程《中级物理化学》,赵新生老师教授,我们这一届是第一次试水,当时全班的作业正常情况下只有三个版本;还有分析化学进阶后的波谱化学,就是看着一堆图去分析物质,好玩吧……
  
  关于解谱的事,也让我在知乎第一次火了一把。
  
  高中物理、化学、数学那些难题对搞科研的人来说有用吗?7410 赞同 · 701 评论回答
  
  总之,化学专业的学生,通常需要在本科阶段学满15-20门专业课程,不能打折。你可能觉得还好,平均一学期才两三门课而已——但你可能忘了,化学系还需要做实验。
  
  实际上,化学系课程最费时的就是实验课,特别像有机,大半天的工夫,这一天就别安排别的课了。而且北大化院这种惨无人道的院系,绝对不会说,实验课在每周花费多少小时,就算作几个小时。所以,当你发现,为了做实验,从准备实验到最后的数据整理,每周也许花上15个小时,最后学分才两三个。
  
  也许,你可以在化学系混日子过关,但是真的要学到本事,需要投入的精力很大。如果对化学兴趣不大,不建议选择进入化学专业受折磨,真的把这个当职业,远不是想象中那么容易。
  
  3、院校
  
  这里需要简单说一下院校背景,也算是扣一下题。
  
  大多数综合性高校,以及理工科高校,化学系都可以说是基本配置。因为化学院系的名称并不统一,所以统计多少也有出入,比较可靠的是,本科院校中有三百所以上高校开设,而专科还有两三百所。
  
  排名的话,网上比较容易查得到。比较靠前的院校有(未严格按照排名):北大、中科大、南京大学、清华、吉大、南开大学、复旦、厦大、武大、兰大、浙大、北化工、中大、上海交大、湖南大学、川大、北师、山大、华东理工……
  
  但是,具体到一些特定的学科,不同学校之间的差别也会比较大。而且,有些学校的化学专业也许整体没那么强势,却在一些特殊方向比较突出。比如要学纺织方向,东华大学就不错;食品化学,江南大学的强项;橡胶,青岛科技大很强;化学工程,大连理工很有优势。
  
  此外,随着地方性学科经费持续投入,一些在传统上化学并不算很强的学校,现在也开始崭露头角,比如河南省重点建设的郑大、江西省重点建设的南昌大学、福建省重点建设的福大……
  
  也就是说,有化学专业的院校很多。不过,尽量去专业基础好一点的学校。这门课的难度前面已经说过了。我真实地遇到过,有些学校的老师自己都搞不懂亲电和亲核,还能教出好学生么?当然了,这个道理,应该说对于所有专业都是一样的,纯理科可能更明显一些。
  
  4、就业
  
  知乎的政治正确就是“生化环材劝退”,我也已经写过很多这方面的回答,简单重复一下观点,剩下的就看其他链接吧。
  
  很多人都忽略了一个问题,就业并不只是“业”的问题,更涉及到“城市”。
  
  知乎劝退的流行,在于知乎受众很大程度分布在,京沪穗深宁杭蓉津渝武厦等年轻人非常热衷的城市;在这些城市中,除了广州、南京、武汉和重庆还有制造业的容身之所,上海和天津勉强有点产业,其他城市的制造业退化都已经到了比较后期的节奏,所以,在这些城市谈就业,金融、房地产、IT/互联网以及其他高端服务业,才是主流方向。在这些城市,化学专业几乎只能进入教育或科研机构,企业的岗位极少。
  
  然而,这些城市加起来,不过占全国一成多的人口。
  
  另一方面,化工、机械、建筑、交通等行业,对于现阶段的中国制造来说,仍然是解决就业的重头,而它们分布在广大的二三线城市中,并且在诸如烟台、无锡、泉州等强工业城市中,它们才是有竞争力的工作岗位。
  
  说得再坦率一些,其实对于大多数人来说,选择权是有限的。讲个最简单的道理,我在北大化院本科的同学,来自全国各地,毕业十多年后,还留在国内的人大约有四分之三,几乎没有在上述城市以外的;我在高中的同班同学,属于实验班(位于苏州),一本率百分之百,有两三人常年在国外,剩下约一半在上述城市,其他人主要在苏州;我在老家(位于江苏如皋)念的农村初中,据我所知没有在国外的,分布在上述城市的,不足5%,其中多数是在上海做生意,谋职定居的更没几个。多说一句,如皋2017年的产值破千亿,并且距离上海不过150公里,是全国排名前25的县级市,而全国有2800个县。
  
  当我们在知乎这个平台谈就业的时候,通常只是说到我提的第二个层面。所谓劝退,不要说在马路上随便抓个要饭的,给他一本编程工具书让他改行,就是对于大多数高中生甚至专科生来说,这也是不现实的。化学学不好,计算机就一定能学好?很多人学了四年化学,连molecule都拼不对,改学计算机,英语水平就能跟得上了?更不要说计算机的数学要求比化学只高不低,现学可来不及。
  
  总而言之,在一线或强二线城市,学化学还想留下来,需要承受相对较多的困难,这个是事实,而且不单是化学一门学科的问题;但是在大多数地区,如果想吃饱饭,化学仍然是可以考虑的方向。

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