化学专业 Chemistry

Prologue

 

每年12月10日,诺贝尔评委员会公布一年一度的诺贝尔奖获得者名单。

作为科学界中的顶级奖项之一,诺贝尔奖由瑞典著名化学家阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔的部分遗产作为基金所创立的奖项。

每年颁奖典礼都吸引着无数人的注意力。

 

今天我们就来聊聊诺贝尔博士的老本行,化学专业的前景。

Why chemistry

最早化学Chemistry这个概念是从炼金术Alchemy中引申过来,通常和点石成金(或者点铅成金)相联系。

现代化学所关注的重点在于化合物的分子原子结构、其物理/化学特性以及各个化合物之间的交互,更加前沿的研究更偏向于化合物的量子力学模型。

化学亦与日常生活的关系分外密切,从使食物香喷喷的美拉德反应到清洗时的皂化反应,更不要说人体内每时每刻都在进行着的各种生物化学反应了。可以说只有初步理解了化学的各种概念,才能最终认识和改造物质世界。

Where

 

化学系Department of Chemistry是美国大学中举足轻重的一个大系,各个综合型大学也开设了五花八门的化学相关项目。下面我们就来看看美国大学在化学学科中排名前列的几个顶尖学府。

 根据 USNews 2019年的报告——

  • 加州理工California Institute of Technology
  • 麻省理工Massachusetts Institute of Technology
  • 哈佛大学Harvard University
  • 斯坦福大学Stanford University
  • 加州大学伯克利分校University of California – Berkeley
  • 西北大学Northwestern University

……等学校在化学学科排名中名列前茅。

 

加州理工学院

California Institute of Technology

 

加州理工学院专注于科学和工程,相比其他的综合型大学而言,加州理工小而精,每年在读的本科生不超过1000人。

学校坐落于加州Pasadena,每年学校都有许多与政府和商业机构的合作项目,在校学生可以深度参与到此类项目中去积累经验。加州理工学院去年在化学学科排名第一。

加州理工引以为豪的师生比student-faculty ratio仅为3比1。同学们有充足的机会和教授讨论想法、拓展视野。教授对每个同学的情况都比较了解,也能给出非常个性化的答案。

每年夏季,SURF(The Summer Undergraduate Research Fellowships)都会吸引一大部分有志于研究工作的同学参与。在10周时间内,导师给每一个参与者适合于个人的定制化课题来做研究。

与此同时,每周也会有来自JPL等国际知名的实验室和研究机构的专家和工程师来做小型报告,分享最前沿的科研知识。可以说加州理工夏季的研究项目是大家可以拓展个人科研能力的一个绝好机会。

 

哈佛大学

Harvard University

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哈佛大学是美国历史最悠久的几所私立大学之一。创立于1636年,哈佛大学为了纪念一位牧师John Harvard而命名,他在学校创立初期给这个新学院捐赠了400卷图书和他的半数财产。

快400年过去了,哈佛大学已经成为了常春藤联盟Ivy League Schools中最大和最有挑战性的大学之一。

每年有超过20000名注册学生在校。在去年的USNews排名中,哈佛大学荣居第二。

这也使得其申请难度居高不下,许多对哈佛有执念的申请者往往在Early Decision阶段就早早提交了申请,期望能被哈佛选中成为幸运儿。

哈佛化学系以其雄厚的师资力量而著称,即使是大一的基础化学课也都由化学领域闻名的牛人来教授。

在哈佛化学系你可以和2013年诺贝尔化学奖得主Martin Karplus博士畅谈他的团队所构筑的的生化分子的电子结构模型,你可以和岸义人博士Dr.Yoshito Kishi讨论其团队最新研发的E7130抗癌药物,你可以体验Adam Cohen博士关于神经突触中电化学变化模型的报告,你可以接触到最前沿的研究和想法。

 

杜克大学

Duke University

 

杜克大学成立于1838年,坐落于美国北卡罗来纳州达勒姆。

在此你们可以享受到美国的小镇文化和美国南部和煦的风光。杜克大学的学生本科前三年都被要求住在校内,此举意在鼓励学生参与学校活动和项目。

作为常年蝉联NCAA篮球联赛的学院之一,杜克大学上下弥漫着一股对篮球的疯狂气氛。去年杜克大学在化学学科上排名第32。

 

约翰霍普金斯大学

Johns Hopkins University

 

约翰霍普金斯大学坐落于马里兰州巴尔的摩市,是美国第一所研究型大学。校内研究气氛浓郁,可以说是个学霸扎堆的大学。其基础医学、生物工程以及近年来展露头角的Carey商学院都全美闻名。

JHU另一个有趣的课程特质就是不存在一个核心课程 Core Curriculum,几门最基础的课程之外,很少有必修的课程。

学生可以完全根据自己的兴趣和学校顾问重新设计她/他最适合的课程,这样既保证了学业的扎实程度又最大程度上满足了学生的学术延展性。JHU去年在化学学科中排名第24。

 

除开以上几所学校

  • 宾夕法尼亚大学University of Pennsylvania

  • 乔治亚理工学院Georgia Institute of Technology

  • 华盛顿大学University of Washington

  • 埃默里大学Emory University

  • 匹兹堡大学University of Pittsburgh

  • 范德堡大学Vanderbilt University

  • 南加州大学University of Southern California

……等学校均是美国前50名内化学专业的有力竞争者。

Which courses

 

和上期理科特辑中一样,我们这次也以斯坦福大学的化学学士学位为例子来阐述。

 

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. 

 

可以看出斯坦福大学的设立化学学士学位项目的最终目标是给本系的学生提供一个扎实的化学基础和介绍一些前沿的化学研究。

基础的课程能培养学生第一手的实验室技巧、整合数据的能力、构建模型并作出合理解释的能力;高级课程和实验能培养学生在处理复杂任务的能力。其核心目的在于培养一位位能独立提供解决方案的化学工程师。

2019年开始,斯坦福化学系提供两个大类的化学系专精:传统化学Traditional Chemistry和生物化学Biological Chemistry。我们就来分别看看它们的课程设置。

传统化学专精的基础课程包括有——

  • 生物活性分子中的有机化学Organic Chemistry of Bioactive Molecules

  • 复合功能化合物中的有机化学Organic Polyfunctional Compounds

  • 有机化学实验Organic Chemistry Lab

  • 无机化学Inorganic Chemistry

  • 物理化学Physical Chemistry

  • 电化学测量实验Electrochemical Measurement Lab

……等等。同时,化学系本科生还要选修一些数学和物理的课程:

  • 微积分Calculus

  • 线性代数Linear Algebra

  • 力学Mechanics

  • 电磁学Electricity and Magnetism

 

在传统课程的基础上,生物化学专精的同学还要额外选择一些生物方面的课程:

  • 基因学Genetics

  • 生理学Physiology

  • 细胞生物学Cell Biology

此外他们还必须根据自己的兴趣,选择一门研究生水平的课程。例如:

  • 材料化学和物理学Materials Chemistry and Physics

  • 分子细胞免疫学Molecular and Cellular Immunology

  • 计算生物学-生物分子和细胞的结构和组织Computational Biology: Structure and Organization of Biomolecules and Cells

  • 生物大分子Biological Macromolecules

……等高端课程。

 

 

在研究生阶段,化学又会往更加细分的领域发展:

  • 有机化学Organic Chemistry

  • 无机化学Inorganic Chemistry

  • 物理化学Physical Chemistry

  • 理论化学Theoretical Chemistry

  • 生物化学Biochemistry

  • 材料化学Materials Chemistry

  • 催化化学Catalytic Chemistry

  • 计算化学Computational Chemistry

等等……

Who are they looking for?

 

要在申请化学系的竞争中脱颖而出,申请者就要给学校招生办公室一个不能拒绝你的理由。国际国内的化学竞赛奖项中名列前茅的申请者往往比其他人要更有优势。在高中阶段申请者如果能接触到入门的科研小组要尽力去参与。

但并不是所有申请人都能拥有此类硬性条件。

在申请的文书中,同学们就要把平时参加的课外活动、业余的爱好与化学紧密联系在一起。要在文书中有条理的阐述为什么化学系是你所追求的目标。

如果把Why Chemistry这个核心的问题回答地尽善尽美,那这份申请在招生官眼中会更为突出。所以在文书的写作思路方面,可以多思考平时自己的思想历程,想一想为什么非化学不可,有了化学的知识又能帮助你实现怎么样的人生目标。

在申请准备期间,如果能在SAT Subject Test考试中取得一个好的化学成绩,这对你的申请也会有一个锦上添花的作用。

同时,如果还有时间能参加一些Advanced Placement的化学考试,这在秋季入学的时候可以替代许多入门的基础课程,在财力、精力和时间上就会多出许多富余,不失为一个好的选择。

如果在申请时期实在挤不出时间,那也没必要勉强。

Future Career

 

和其他基础学科的本科毕业生一样,化学本科毕业生大多选择继续深造,攻读硕士/博士项目。未来的职业选择也比较宽广:

化学硕博毕业生可以在医药企业、化工企业和其他研究机构充当研究的先锋军,可以在政府机构充当顾问的角色,可以在大学或者高中找到一份教职全职教书,可以为公检法单位提供相关专业的咨询。

与此同时,化学专业所修习的课程内容和实验技巧在很大程度上只限于很狭窄的一面。如果要转行那就需要付出一定的沉没成本,之前学习的内容可能并不能在新的学科中得到体现。

所以在选择化学这样的基础学科时,比较推荐辅修Minor另外一门实用型的学科,那以后选择的余地会更大。

Epilogue

 

最后让我们回到诺贝尔奖,21世纪以来诺贝尔化学奖所授予的研究成果大多存在于在交叉学科中:

  • 03年细胞膜中离子通道的发现和建模

  • 08年绿色荧光蛋白GFP的发现和改造

  • 09年对核糖体的完整结构的确定

  • 14年超分辨率荧光显微技术的应用

  • 15年DNA修复的细胞机制解密

……等研究,都揭示了化学这门古老的科学在新时代新技术的支持下所能拥有的多样面貌。