化學專業(yè)介紹
(一)學科概況
化學是最古老的自然科學學科之一。它在長期的實踐中開闊了人類對物質(zhì)世界的認識,提供了資源開發(fā)的依據(jù),賦予人類以非凡的創(chuàng)造和合成新物質(zhì)的能力?;瘜W是在原子、分子及分子以上層次水平上研究物質(zhì)的組成、結構、性能以及相互轉化的科學?;瘜W是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學,它在自然科學中位居基礎核心地位,是包括生命、材料、能源、環(huán)境等在的其他科學分支的重要科學基礎和生長點。
化學作為一門研究物質(zhì)轉化和相互作用的科學,其目標包括理解物質(zhì)的結構—性能關系,研究新反應和合成技術,創(chuàng)制各類功能材料等?;瘜W科學創(chuàng)造和構建了一個全新的物質(zhì)世界,為材料、生物、醫(yī)學、能源、環(huán)境、信息等學科的創(chuàng)新和快速發(fā)展持續(xù)提供核心知識基礎和物質(zhì)保障,支撐醫(yī)藥、材料、能源等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
當今化學學科發(fā)展可歸納為幾個方面:
(1)深化對結構(包括分子結構和分子聚集體等)與性能關系的認識,以所需性能為導向,設計、合成與組裝目標化合物體系;
(2)深入研究化學反應機理,特別是化學反應的微觀過程,實現(xiàn)對化學微觀過程的人工控制,發(fā)展新型催化劑調(diào)控反應,進而設計綠色的化學過程;
(3)研究更加精準化,包括結構的精準構筑與調(diào)控、精準合成、精準檢測、精準預測等;
(4)創(chuàng)新合成、分析、表征、測試的實驗和理論方法,并依靠計算機技術使各種信息更加靈敏可靠;
(5)加強化學與物理、材料、生命、能源、環(huán)境、信息等學科的交叉與合作,促進互相滲透,共同發(fā)展。
隨著人類文明的進步,現(xiàn)代科學研究范式、內(nèi)容和社會作用不斷變革,化學學科的內(nèi)涵也發(fā)生著廣泛而深刻的變化?;瘜W領域的核心基礎科學問題仍有待取得更重大的原始創(chuàng)新和突破。同時,隨著交叉學科、新興學科快速發(fā)展,國家戰(zhàn)略和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展對化學學科的發(fā)展提出了更高的要求,化學將在材料科學、能源環(huán)境、綠色化工、生命科學、信息科學等領域發(fā)揮更大作用,推動相關成果的轉移轉化,為國家安全、生命健康、國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻。
(二)學科內(nèi)涵
近代化學是以原子論和化學鍵理論為基礎和主線發(fā)展的。原子結構的發(fā)現(xiàn)和量子理論的建立,為化學提供了堅實的科學基礎?;瘜W在近兩個世紀的發(fā)展中逐漸形成了自身的學科分工。根據(jù)研究對象和任務,化學通常包括無機化學、分析化學、有機化學、物理化學、高分子化學與物理、化學生物學、理論與計算化學、能源化學等學科和研究方向。隨著化學學科的不斷發(fā)展,近年來眾多研究領域和方向逐漸淡化了學科界限,走向交叉融合。同時隨著化學與物理學、生命科學、化學工程、材料科學、醫(yī)學、能源科學、信息科學、納米科學以及環(huán)境與生態(tài)學等相關學科分支的進一步交叉融合,也形成了眾多新興交叉研究方向和新的學科增長點。
化學學科發(fā)展處于從定性到定量、從宏觀到微觀、從靜態(tài)到動態(tài)、從現(xiàn)象到機制、從分化到綜合的階段。當前,化學學科已成為實驗和理論并重的科學系統(tǒng),不僅擁有日益完備的實驗技術與手段,理論體系也日趨豐富和完善。同時,化學不僅為化學工程提供了理論基礎,而且在化工的可持續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新中也發(fā)揮著日益重要的作用。隨著化學理論的不斷完善和信息科學技術的快速發(fā)展,機器學習、數(shù)據(jù)科學和人工智能等多學科技術手段的支撐將極大地推動化學研究范式的變革。
(三)學科范圍
根據(jù)研究對象和內(nèi)容,化學可分為無機化學、分析化學、有機化學、物理化學、高分子化學與物理、化學生物學、理論與計算化學、能源化學等二級學科。
1.無機化學:無機化學是研究各種無機物質(zhì)的組成、結構、性質(zhì)、制備、反應和應用的科學,是歷史最悠久的化學分支學科。主要通過化學鍵理論和現(xiàn)代物理實驗方法,包括量子力學、譜學技術和新的合成方法等在無機化學研究中的應用,使宏觀性質(zhì)和反應與微觀結構相聯(lián)系,形成從原子、分子、團簇、納米、介觀、體相等多層次、多尺度上研究物質(zhì)的組成、結構、反應和組裝,探索物質(zhì)的性質(zhì)和功能,涉及物質(zhì)存在的氣、液、固、等離子體等各種相態(tài),具有研究對象和反應復雜、涉及結構和相態(tài)多樣以及構效關系敏感等特點。
無機化學的研究對象繁多,涉及除碳氫化合物等有機物外元素周期表中所有元素及其化合物的組成、結構、性能和反應規(guī)律?,F(xiàn)代無機化學學科在自身發(fā)展中不斷與其他學科交叉與融合,在研究的深度和廣度上都發(fā)生了根本變化。研究方向包括元素無機化學、無機合成化學、固體無機化學、配位化學、金屬有機化學、團簇化學、生物無機化學、物理與理論無機化學、無機材料化學、納米材料化學、稀土元素化學以及無機-有機雜化材料等。
2.分析化學:分析化學是研究物質(zhì)的組成和結構,確定物質(zhì)在不同狀態(tài)和演變過程中化學成分、含量、時空分布和相互作用的測量科學。旨在發(fā)展化學測量相關的原理、策略、方法與技術,研制各類分析儀器、裝置及相關軟件,以獲取物質(zhì)組成、分布、結構與性質(zhì)的信息與時空變化規(guī)律。它涉及色譜學、電分析化學、光譜分析、波譜分析、化學分析、熱分析、放射分析、生化分析及傳感器、聯(lián)用技術、樣品分離富集方法、化學計量學和表面、微區(qū)、形態(tài)分析等分支學科。
分析化學研究主要涵蓋從宏觀到微觀復雜體系的檢測與分析,旨在建立新策略、新原理、新方法和新技術,或致力于拓寬現(xiàn)有技術在重要科學領域的應用。研究方向主要包括樣品處理和分離、譜學方法理論及應用、化學與生物傳感、化學成像及儀器研發(fā)創(chuàng)制等。研究范圍涵蓋色譜、光譜、電化學分析、質(zhì)譜、核磁、順磁、量熱分析、能譜分析,以及新興領域如組學分析、單原子單分子單細胞分析、活體分析、微納分析等領域。
3.有機化學:有機化學是研究含碳化合物的來源、制備、結構、性質(zhì)、組成、相互作用、應用以及有關理論的科學。有機化學揭示構成物質(zhì)世界的各類有機化合物的結構、有機分子中各原子間鍵合的本質(zhì)以及它們之間相互作用、相互轉化的規(guī)律,并設計合成具有特定性質(zhì)的有機分子。有機化學的發(fā)展趨勢和特點是:分子識別和分子設計滲透到有機化學的各領域;新催化體系與選擇性反應,尤其是不對稱催化合成,已成為有機化學的熱點和前沿領域,繼續(xù)在新藥研制和光電材料等新型材料的開發(fā)中起主導作用;與人工智能相結合促進有機分子的精準合成和功能有機化合物的高效篩選;與生物、醫(yī)學、材料及環(huán)境等學科密切結合。
有機化學的學科研究范圍包括物理有機化學、有機合成化學、有機立體化學、天然有機化學、元素有機和金屬有機化學、有機超分子化學、有機分析、生命有機化學、功能有機化學、有機材料化學、人工智能合成化學等。
4.物理化學(含化學物理):物理化學(含化學物理)是利用數(shù)學、物理學等基礎科學的理論和實驗手段,從研究化學現(xiàn)象的物理本質(zhì)入手,揭示化學反應與物質(zhì)結構變化的基本規(guī)律的科學。它研究化學科學中的原理和方法,研究支配化學體系性質(zhì)行為的基本物理原理,研究最一般的宏觀、微觀規(guī)律和理論;它是化學的理論基礎,是近代化學以原子論和化學鍵理論為基礎和主線發(fā)展的標志?,F(xiàn)代物理化學呈現(xiàn)如下特點:從宏觀到微觀,從平衡到非平衡,從體相到表面,從非生命到生命,從單一到交叉,從現(xiàn)象描述到理性設計。
物理化學的學科研究范圍主要包括化學反應能否進行和進行的程度;化學反應的速率和機理;分子及其聚集態(tài)的結構和性能間關系;化學反應過程的能量變化與利用;化學反應與物質(zhì)結構的原位/動態(tài)表征等等。這些規(guī)律在不同領域的應用中形成了眾多的分支學科,如化學熱力學、化學動力學、溶液化學、電化學、光化學、膠體化學、表界面化學、催化化學等;在深入到分子水平研究化學問題時,形成了結構化學、量子化學和計算化學等分支學科。
5.高分子化學與物理:高分子化學與物理是高分子科學的基礎,是以高分子為主要研究對象的交叉學科。該學科與人類文明發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)水平密切相關,并為人類美好生活提供重要物質(zhì)基礎。
高分子化學與物理包括高分子化學、高分子物理兩個方面。高分子化學主要研究高分子的合成、聚合反應與聚合方法,包括可控/“活性”自由基聚合、活性配位聚合、茂金屬/后過渡金屬催化聚合、易位聚合、過渡金屬催化偶聯(lián)聚合、迭代聚合、超支化聚合、酶催化聚合、高分子改性或功能化、高分子反應性加工、超分子聚合物、精準鏈長/序列高分子、手性高分子、液晶高分子、極端條件下服役高分子、生物或仿生高分子、功能高分子等內(nèi)容。高分子物理主要研究高分子鏈結構與凝聚態(tài)結構、結構與性能/功能之間的關系,包括鏈運動及其動力學、亞穩(wěn)態(tài)與相變、非線性粘彈性、高分子溶液、高分子流體動力學、高分子共混與雜化、高分子材料力學與物理性能、功能高分子的分子原理、合成生物高分子的生命現(xiàn)象、高分子設計與模擬等內(nèi)容。
6.化學生物學:化學生物學是化學與生物、醫(yī)學交叉融合的新興學科,是研究生命過程的分子科學。運用化學的原理、方法和手段探索生物體內(nèi)的分子事件及其相互作用,在分子水平研究復雜生命現(xiàn)象,揭示生命起源及運動的化學本質(zhì),發(fā)展生命調(diào)控的化學方法,提供生命研究的化學技術?;瘜W生物學注重認識生命的動態(tài)化學性質(zhì)和運動規(guī)律,注重研究內(nèi)源(如代謝物)和外源(如藥物)化學物質(zhì)對生命運動的影響和調(diào)控,注重探究生命過程的分子機制,注重發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造影響生命運動及信息傳遞的化學分子。
化學生物學的學科研究范圍主要包括化學探針、生物正交反應、天然產(chǎn)物化學生物學、藥物化學生物學、生物合成化學、核酸化學生物學、蛋白質(zhì)化學生物學、糖化學生物學、脂化學生物學、金屬化學生物學、生命影像化學、生物物理化學、化學表觀遺傳學、納米化學生物學、化學驅動的生物組學等。
7.理論與計算化學:理論與計算化學是基于量子力學和統(tǒng)計力學等自然科學的基本原理,利用數(shù)學方法和計算機技術為化學建立概念和知識體系,并闡釋原子、分子和聚集體系的結構性質(zhì)及其變化規(guī)律的學科。隨著計算機技術的快速發(fā)展和理論及計算方法的不斷提升,理論與計算化學已經(jīng)成為化學的重要組成部分,從而使現(xiàn)代化學變成了實驗和理論計算并重的科學。
理論與計算化學的研究范圍主要包括量子化學、化學動力學、統(tǒng)計力學和化學信息學四個方面,主要在微觀水平上研究原子、分子和聚集體的電子結構和性質(zhì)、化學變化的動態(tài)特征、化學體系的宏觀性質(zhì)以及從實驗或計算數(shù)據(jù)中提煉體系的規(guī)律性認識。內(nèi)容包括:發(fā)展化學理論和計算方法,開發(fā)計算軟件,并利用理論方法研究化學、材料和生物等體系的結構、性質(zhì)和動力學過程,揭示其微觀本質(zhì)以及結構和性能的關系,并開展化學反應、催化劑和功能材料等的理論設計等。
8.能源化學:能源化學是在世界能源需求日益突出和我國“碳達峰、碳中和”兩步走戰(zhàn)略目標的背景下,化學科學與能源科學和材料學、工程學、物理學、生物學、環(huán)境學、經(jīng)濟學、管理學等多個學科交叉集成提升而形成的二級學科,是通過化學途徑指導能源高效利用和新能源開發(fā)與轉化的關鍵學科之一。能源化學主要利用化學的理論和方法研究能量獲取、儲存、轉換及傳輸過程的規(guī)律,探索多元化能源新技術的實現(xiàn)途徑。
能源化學可以劃分為碳基能源化學、氫能化學、能源電化學、太陽能化學、熱能化學及能源物理化學、能源材料化學和能源化學工程等多個分支和研究方向。
(四)培養(yǎng)目標
1.碩士學位:具備愛國主義精神,堅持愛黨、愛國、愛社會主義相統(tǒng)一,樹立正確的歷史觀、民族觀、國家觀,堅定理想信念,勇?lián)鷷r代使命。具有堅實的化學基礎理論知識和技能,系統(tǒng)掌握某特定化學學科方向的專門知識、理論和研究方法,了解其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。具有良好的科學素養(yǎng)和從事科學研究的能力,具備較強的創(chuàng)新精神和應用意識。較好地掌握英語,并能熟練運用計算機等現(xiàn)代信息工具。
2.博士學位:具備愛國主義精神,堅持愛黨、愛國、愛社會主義相統(tǒng)一,樹立正確的歷史觀、民族觀、國家觀,堅定理想信念,勇?lián)鷷r代使命。掌握堅實、寬廣的化學基礎理論知識和技能,系統(tǒng)深入掌握某特定化學學科方向的專門知識、理論和研究方法,了解其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。具有良好的科學素養(yǎng)和獨立開展科學研究的能力,并在所從事的研究領域內(nèi)取得創(chuàng)新性成果。具備適應交叉學科領域研究的能力和強烈的創(chuàng)新精神。掌握英語,能用英語熟練閱讀本專業(yè)的文獻資料,具有良好的寫作能力和國際學術交流能力。熟練運用計算機等現(xiàn)代信息工具。
(五)相關學科
化學工程與技術、數(shù)學、物理學、材料科學與工程、環(huán)境科學與工程、生物醫(yī)學工程、紡織科學與工程、核科學與技術、食品科學與工程、基礎醫(yī)學、臨床醫(yī)學、口腔醫(yī)學、公共衛(wèi)生與預防醫(yī)學、中醫(yī)學、中西醫(yī)結合、藥學、中藥學、特種醫(yī)學、護理學、法醫(yī)學、公共衛(wèi)生、地質(zhì)學、考古學、作物學、園藝學、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、植物保護、畜牧學、獸醫(yī)學、林學、水產(chǎn)、草學、水土保持與荒漠化防治學等。
碩士學位基本要求
(一)獲本一級學科碩士學位應掌握的基本知識
化學是一門實驗和理論并重的學科,除掌握堅實寬廣的化學基礎理論知識外,還要注重合成、制備技能的培養(yǎng)和表征、研究方法的學習和創(chuàng)新。因此需要在掌握化學核心課程的基礎上,系統(tǒng)地掌握某特定化學學科向的專門知識和實驗技能,包括理論體系、合成技術、性能表征和專門研究方法,了解其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。具體學科方向的基本知識參見一級學科簡介。
(二)獲本一級學科碩士學位應具備的基本素質(zhì)
1.學術素養(yǎng)
(1)具有良好的科學精神和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,對化學研究懷有濃厚的興趣,具有投身化學科學事業(yè)的精神。
(2)具備本學科堅實的基礎理論和系統(tǒng)的專業(yè)知識,了解本學科及相關學科的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和動態(tài),具有廣闊的學科視野和豐富的想象力。
(3)掌握本學科方向的基本實驗操作技能,具有一定的分析問題、解決問題能力和多角度、批判性思維能力。
(4)具有能夠使用計算機等現(xiàn)代科技手段快速獲取科研信息的能力和使用英語進行學術交流的能力。
2.學術道德
學術道德就是學術共同體從事學術研究時遵循的道德。本學科的碩士生在科學研究和學術活動中應當遵守以下學術道德規(guī)范:
(1)嚴格遵守國家的法律法規(guī)及相關規(guī)章制度,以堅守學術道德為己任。
(2)堅持實事求是、嚴謹治學的學風,自覺維護學術事業(yè)的神圣性、純潔性與嚴肅性。
(3)自覺維護知識產(chǎn)權,充分尊重他人的辛勤勞動、研究成果和學術貢獻。
(4)對學位論文和其他自主發(fā)表的科研成果獨立承擔法律責任。
(三)獲本一級學科碩士學位應具備的基本學術能力
1.獲取知識的能力
獲取知識的能力是指碩士生能從不同渠道、以不同方式獲得新知識和滿足自己學習和科研需求,促進自我發(fā)展和完善的能力。這是碩士生必須具有的一種基本能力。在信息化社會中,獲取知識的能力還應包括一定的鑒別能力。
碩士生獲取知識的能力是以較好的理解和接受能力為前提的,還與碩士生的表達能力、實踐能力與英語水平密切相關。碩士生不應是被動地接受知識,而應主動地學會如何在導師指導下進行研究性學習,掌握自主獲取知識的方法,培養(yǎng)自主更新知識的能力。
獲取知識能力是碩士生向更高層次能力發(fā)展的基本條件和基礎。碩士生應充分利用本研究領域開設的專業(yè)課程,制定個人學習和研究計劃,通過撰寫經(jīng)典文獻閱讀報告等培養(yǎng)環(huán)節(jié)強化獲取新知識的能力。
2.科學研究能力
本學科碩士生應具有較為獨立的科學研究能力。這些能力包括:發(fā)現(xiàn)問題的能力;基本的實驗動手能力;設計并開展重復對照實驗能力;實驗數(shù)據(jù)處理及結果分析能力等。
科學研究能力是碩士生最終學術培養(yǎng)目標之一。碩士生教育就是以培養(yǎng)研究生的研究能力為主要目標的教育。研究能力的本質(zhì)實際是發(fā)現(xiàn)和提出問題、分析和解決問題的能力,是一種可遷移的、更高層次的自我提高和發(fā)展的能力。
碩士生的研究能力必須通過系統(tǒng)、全面的研究訓練才能得到培養(yǎng)。包括如何發(fā)現(xiàn)和提出問題、如何收集和分析資料、如何進行文獻綜述、如何撰寫學術和學位論文等。通過專業(yè)課和研討班等課程學習在一定程度上也是培養(yǎng)碩士生科研能力不可或缺的手段。
3.實踐能力
實驗動手能力是本學科碩士生實踐能力的具體體現(xiàn)。碩士生必須具備在實驗室工作的技術能力。碩士生應該掌握與研究課題相關的實驗技術,包括對這些技術的原理、實驗中使用的必要儀器設備的構造原理和對實驗中的質(zhì)量控制的良好的理解,使其對實驗室的技術有足夠的自信并擁有一定的技術競爭力,從而在將來的研究工作中不會在利用新技術方面受到限制。技術競爭力和應變能力是開展獨立研究所必備的素質(zhì)。
本學科碩士生實踐能力培養(yǎng)一方面可以通過加強課程學習的實踐功能來實現(xiàn)。課程內(nèi)容做到理論與實踐相結合,要求碩士生以撰寫實驗報告、文獻綜述報告等形式加強過程考核等。另一方面也可以通過實驗室輪訓等特色培養(yǎng)環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。
4.學術交流能力
熟練地進行學術交流是本學科碩士生的基本能力之一。學術交流能力一般包括書面交流(條理清楚的寫作)和口頭交流(邏輯性強的報告等)兩種。
本學科碩士生不僅需要具備一定的研究能力,而且還需具備將自己的研究成果順利表達的能力,即能以口頭或書面的形式展示其學術專長的學術交流能力。因此,在學期間,要求碩士生必須參加一定次數(shù)的學術報告,并要在學校、學院或實驗室范圍內(nèi)公開做一次以上的學術報告,鼓勵導師支持研究生參加國內(nèi)外學術會議。另外,通過定期的組會和研討會,要求研究生定期做學位論文進展報告,對碩士生學術交流能力提高也大有裨益。
5.其他能力
除了上述四個方面外,本學科碩士生還應當?shù)轮求w美勞全面發(fā)展,具備良好的團隊合作能力和一定的教學或科研管理方面的職業(yè)發(fā)展能力。
(四)學位論文基本要求
1.規(guī)范性要求
本學科碩士學位論文形式應以研究論文為主,論文一般包括以下部分:
(1)論文題目:應當簡明扼要地概括和反映出論文的核心內(nèi)容,如題名語意未盡,可加副標題。
(2)中英文摘要與關鍵詞:論文摘要重點概述論文研究的目的、方法、成果和結論,語言力求精練、準確,要突出本論文的創(chuàng)造性成果或新見解。
(3)前言或緒論:前言應對論文的背景及工作內(nèi)容作簡要的說明,要求言簡意賅。
(4)文獻綜述:是對本研究領域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的評述和相關領域中已有研究成果的介紹。
(5)正文部分:是學位論文的主體和核心部分,不同學科專業(yè)和不同的選題可有不同的寫作方式;可以是對一個研究問題的實驗方法的詳細描述、實驗結果的說明與討論等;也可以由基于同一研究目的、多篇已發(fā)表系列論文組成。
(6)結論:是學位論文最終和總體的結論,是整篇論文的歸宿。應精煉、準確、完整。著重闡述作者研究的創(chuàng)造性成果及其在本研究領域中的意義,還可進一步提出需要討論的問題和建議。
(7)參考文獻:是作者撰寫論文或論著而引用的有關期刊論文和圖書資料等。凡有引用他人成果之處,均應按論文中所引用的順序列于文末。
本學科碩士論文一般用中文撰寫,論文寫作表達準確、條理清楚、層次分明、文字通順、格式規(guī)范、數(shù)據(jù)準確、圖表規(guī)范、結論可信。如特需用英文或其他文字撰寫,則論文題目、摘要等必須有中文譯注。學位論文工作時間一般應不少于一年。
2.質(zhì)量要求
學位論文是研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要標志。取得創(chuàng)新成果和具備研究能力通常是衡量學位論文質(zhì)量的兩個重要指標。對于本學科碩士生學位論文,不強制要求碩士生在學期間取得量化的創(chuàng)新成果,但要求通過考察學位論文是否讓研究生受到全面系統(tǒng)的研究訓練,是否具備研究能力和實踐能力來考察論文質(zhì)量??梢詮囊韵聨追矫嬉螅簩ΥT士生學習與研究計劃的審查要重點考查碩士生是否盡早確定研究領域、進入研究狀態(tài);對碩士生開題報告的審查要重點考查碩士生的文獻收集、整理、綜述能力和研究設計能力;論文答辯要從論文選題與綜述、研究設計、論文的邏輯性和規(guī)范性、工作量等方面考查。鼓勵本學科碩士生在取得碩士學位前將論文工作中取得的研究發(fā)現(xiàn),以學術論文、專利、軟件著作權、著作等多種形式呈現(xiàn)學術創(chuàng)新成果。

