化天下之美 學世界之識

趙宇豪

我們身處的世界時時刻刻發生著變化，對于人類來說，掌握變化的規律是認知世界、改變世界的重要手段。化學，正如它的名字所呈現的一樣，是一門研究變化的科學。化學在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用，作為溝通微觀世界與宏觀世界的重要橋梁，與人類的生產生活緊密相連。隨著社會的快速發展，化學學科研究的內容越來越廣泛，從最初的煉金術到現在包羅萬象的化學工業，以及材料、生物工程、制藥、能源等許多領域。作為一門注重實驗的自然學科，化學學習是一個長期的過程，到科研條件更先進、資源配置更完備的國家深造，成了當下許多人的選擇。

專業分支

化學作為一門有著悠久歷史的自然科學，具有獨立完備的知識體系，同時又和物理、生物等學科有許多交集。化學專業的日常學習豐富多彩，學生進入化學專業后可以充分發揮自己的優勢，選擇自己的研究方向。傳統意義上，化學有無機化學、有機化學、物理化學、分析化學四大分支，這也是大學化學專業的核心課程。在進入科研領域時，學生一般根據自己的特長、興趣，以及自己對行業的分析，選擇進入某一實驗室，在某一具體方向進行研究與進一步的學習。

合成化學（Synthetic Chemistry）

在研究和應用中，除了使用天然物質，人們同樣需要合成與組裝新的物質，了解其特性并投入應用。合成化學就是研究物質轉化與合成方法的科學，研究對象包括無機、有機、高分子等多種物質。合成化學是化學學科的基礎與核心，精準化制備具有特定性質和功能的新物質，能有效促進其他領域重大問題的解決。

“新”是合成化學的一大特點，這一學科鼓勵新試劑、新反應、新概念、新策略和新理論。在追求新物質的同時，合成化學同樣研究反應過程、合成策略方法以及物質轉化過程的機理與本質規律，實現“知其然亦知其所以然”。當整個合成過程可靠、可被重復且可于多個實驗室中應用，合成物質就能逐步走出實驗室，來到生產生活中。

合成化學在人類發展的歷史上，留下了許多璀璨的成就，我們的日常生活也離不開人工合成的物品。從塑料、碳纖維、合成橡膠等常見材料，到守護人類健康的各類藥物。氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、碳纖維等材料的合成，讓人類擁有了具有耐高溫、高強度、重量輕等優良品質的材料，對航空航天等技術的發展起到了重要推動作用。全世界銷量最高的200種藥物中，超過140種是合成類藥物，如阿司匹林、苯佐卡因、磺胺藥等。

材料化學（Material Chemistry）

材料是人類用來制造機器、構件、器件和其他產品的物質。在人類發展史中，材料是重要標志和斷代依據，從石器時代到鐵器時代，再到青銅時代，材料的革新帶來重大進步。在化學的眾多分支中，材料化學因其應用導向和多學科交叉的特點成為一大熱門。材料化學是新型材料體系的分子基礎，也是化學與生命科學、醫學、信息科學等學科之間的橋梁。

材料科學在關注制備的同時，也關注結構與性能的關系，利用多種表征技術深入探究材料體系的分子基礎、原理和規律，準確構筑和調控材料的結構和性能。材料是現代文明的三大支柱之一，材料科學的發展是科技進步、社會發展的物質基礎，通過改變人們在社會活動中的思維方式和實踐方式來大力推動社會進步。

生物化學（Biochemistry）

生物化學是研究生物體中化學進程的一門學科，主要用于研究細胞內各組成部分，如蛋白質、多糖、核酸等生物大分子的結構和功能。作為一門研究生命活動過程中各類化學變化的基礎生命科學，生物化學將化學研究的原子、分子與生物學研究的細胞等聯系在一起。生物化學對生命體系進行精準修飾或調控，創造新反應技術和新分子工具，為生命科學的研究提供全新的思路和理念，在研究生命過程可視、可控、可創造的進程中日益彰顯其重要作用。

生物化學研究的內容包括分子結構與功能、物質代謝與調節、遺傳信息傳遞等。生物化學的研究成果與思維方法在生態保護、人口控制、食品供應等社會問題上都有重要意義。學習并研究生物化學的學生，可以在醫學、農業、工業、國防等領域找到發展方向。

化學工程與工業化學（Chemical Engineering and Industrial Chemistry）

涂料、汽油、食品添加劑、香料、護膚品……化工產品在我們的日常生活中發揮著不可替代的作用。通過化學方法將天然物質轉變成新物質的加工技術即是化學工藝，隨著技術發展和需求擴大，化工品的生產從手工作坊逐漸移到工廠，大規模生產為人類增添了巨大財富，加快了社會發展的進程。作為一門學科，化學工程重視物質轉化的工藝、流程和設備，建立使之工業化的設計、放大和調控的理論和方法，并重點關注化學與化工的交叉融合，將新理論、新概念、新方法應用于工業過程。

國內外都有許多工程類院校，如麻省理工學院（MIT）、帝國理工學院（ICL）、新加坡南洋理工大學（NTU）等，化學工程既可以作為一門學科單獨建立學院甚至院校，也是每一名化學專業學生需要學習的課程。由于化工專業分類甚多，業界對于人員的需求也很大。

理論化學（Theoretical Chemistry）

化學是一門研究變化的科學，變化的規律是一切應用的基礎。理論化學運用純理論計算而非實驗方法研究化學反應的本質問題，在研究物質結構、預測化合物的反應活性、研究反應的微觀本質過程等問題中發揮重要作用。理論化學研究的領域包括量子化學、計算化學、化學熱力學、分子反應動力學、光化學與光譜學、化學反應機制等。

理論化學是一門涉獵廣泛的學科，合成、材料、生物、醫藥等領域問題都可以從理論化學的角度展開研究。隨著計算能力飛速發展，人類急需精準、高效的理論方法，從原理上理解分子來完成突破。在理論化學接軌新藥開發、大數據、量子計算等熱門領域的今天，理論化學方向的留學經歷也可以為企業就職打下更好的基礎。

化學的分支眾多、相互交叉，且沒有統一的劃分標準，即使在同一課題組內，不同研究人員在不同時期也可能進行方向完全不同的研究。除以上列出的具有代表性的分支以外，還有許多方向可供選擇，學生可通過查看目標學校的院系設置及導師的研究情況進行具體分析。

留學國家及院校推薦

化學作為一門典型的自然科學，重視長時間的學習與實驗積累。一般而言，想要投身化學學科的學生，大多選擇攻讀碩士、博士學位。許多學生會選擇以博士后身份繼續研究，最終進入院校任教或繼續擔任科研人員。部分學生會進入企事業單位的研究部門。由于國外在實驗設備、團隊建設、教育水平等方面具有優勢，對化學專業的學生來說，出國留學是不錯的選擇。由于化學專業重視實驗與研究方向，除了頂尖院校的條件與聲譽外，學生同樣應關注不同學校的優勢學科與頂尖導師，來更加合理地選擇申請的學校。

日本

眾所周知，日本作為制造業強國以及材料等領域的優勢國家，在化學領域具有全球頂尖水平。迄今為止，共有28名日本人獲得諾貝爾獎，其中19位在21世紀獲獎，體現出日本在化學及物理、生物醫藥等相關領域的水平及發展趨勢。此外，日本在教育科研方面的投入仍居發達國家之首，高等教育經費占教育經費的比例也穩步上升，這使得教育環境、基礎設施、研究設備、研究人員待遇有了質的提升。對我國留學生而言，赴日本留學有諸多優勢，包括地理距離近、文化相似等。隨著日本大學不斷改革向國際化進軍，許多全英文授課項目出現，留學生可使用英文進行申請和學習，享受更多便利。

東京大學

作為日本乃至整個亞洲最頂尖的學府之一，東京大學以悠久的歷史、眾多高水平的專業、優秀的畢業生遠近聞名。出色的地理位置、大量的科研項目與經費、先進的教學理念讓東京大學成為留學生夢想中的學校。

2022年東京大學在QS化學專業排名中排在世界第16位。在高質量論文數量、貢獻指數、被引用次數、專利申請量等關鍵數據上均排在世界前列。東京大學化學專業以研究范圍廣泛著稱，學科融合而統一。東京大學的學生擁有很好的發展前景，除了培養出8名諾貝爾獎得主外，東京大學還為化工制造商和制藥公司培養了大量人才。

京都大學

京都大學位于京都市左京區，是日本歷史悠久的綜合研究型大學，歷史上長期在排名中力壓東京大學位列日本第一。其化學系早在帝國大學時期就已成立。不同于日本其他大學，京都大學崇尚自由與自主的科研學習氛圍，主張學生個性化發展。“有志者致學，無志者盡興”是京都大學的鮮明特點。國際化視野與頻繁的學術交流是這座學府的另一特色，與外界保持密切聯系，打造開放、和諧、自由的環境，都寫在京都大學的辦學理念中。

醫學、工學、理學都是京都大學的優勢學科，為日本甚至亞洲頂尖水平。其工學部工業化學科誕生過多名諾貝爾化學獎得主，諾獎總人數與東京大學持平。與東京大學一樣，京都大學也是全日本報考難度最大的大學之一。

東京工業大學

東京工業大學是一所專攻工程技術與自然科學的研究型大學。該校是日本超級國際化大學計劃的A類頂尖校，在人才培養、學術研究和技術創新等方面享有世界聲譽。這里也走出過諾貝爾化學獎得主白川英樹等高精尖人才。東京工業大學十分注重產學研結合，持有專利數排在日本首位。

在大多數世界排名中，東京工業大學都排在日本第3名。作為工科類專屬大學，東京工業大學在化學方面投入非常大，研究室和課題數量眾多，在材料、環境化學等學科中都具有優勢。

其他推薦院校：東北大學、慶應義塾大學、北海道大學、大阪大學、早稻田大學 等。

美國

美國是許多留學生的第一選擇，其化學專業水平在世界處于無可爭議的領先地位。由于名校林立，學生在申請美國學校時有很多選擇。美國院校在教學中，重視通識教育和自由發展，學生進入大學時并不劃分專業，通過體驗不同的課程，根據自己的愛好與專長進行選擇。在選課時，學生可以把握自己的方向，自行掌握進度，也可以求助專門的教職人員來進行輔導和咨詢。化學專業的基礎課程根據美國化學學會（ACS）要求編排，教材、課程表、試卷等每年都要經過嚴格審核，這在很大程度上保證了教學質量。

對于計劃在研究生階段赴美留學的學生，在關注學校排名以外，應著重關注自己心儀的方向以及優秀教師的分布。由于化學的科研過程需要課題組這一重要的環境，導師水平、硬件設施等在某種程度上比學校的名氣更重要。化學專業的學生，在自行申請的同時，往往通過參加暑期學校、國內導師指導推薦等方式獲取目標學校或課題組的信息，必要時可通過郵件形式進行溝通，做到心中有數。

在美國，教授必須教學科研兩手抓，學生接觸科研相比國內更早。由于美國的教學環境強調互動與交流，學生在課堂內外可以自由提問，在知識和個人發展上都可以得到教師的指導。許多學生能夠獲得在實驗室帶薪工作的機會，得到獎學金等資助的機會也更多。許多留學生還會主動申請擔任助教等。美國大學化學專業的學生畢業后有多種去向，除繼續在學校或國家實驗室從事科研工作外，還可以到各大企業的生產第一線。選擇回國發展的學生也能從留學經驗中獲得便利，美國院校對動手能力和思維能力的培養，可使學生長期受 益。

推薦院校：加州理工學院、哈佛大學、普林斯頓大學、麻省理工學院、斯坦福大學、加州大學伯克利分校、西北大學、康奈爾大學等。

其他國家

世界大學化學專業排名顯示，英國、新加坡、加拿大、瑞士等國家都擁有頂尖的院校，都是留學、交換或參加暑期學校的不錯選擇。以上目的地風格各異、各具特色，在氣候、風土人情等方面都存在許多不同，考生可根據自身需求自由選擇。

推薦院校：劍橋大學、牛津大學、新加坡國立大學、南洋理工大學、蘇黎世聯邦理工學院、洛桑聯邦理工學院、多倫多大學、慕尼黑工業大學等。