又來到了一年「兩度」的選填志願時節
有無數高中生面臨到了我先前也無法了解的問題
就是「化工」「化學」「應化」(特別是交大應化)甚至是「材料」系，到底有何不同。
先介紹個人背景。
筆者於數年前透過學測進入台大化工大學部，
再以推薦甄試取得直升台大高分子科學與工程學研究所的資格，專攻高分子材料合成，
現於加州大學柏克萊分校材料科學與工程學研究所 (根據ARWU世界學術排名，材料科學領域全球第3)
攻讀第二個碩士學位。
(加州大學柏克萊分校的材料系館: Hearst Memorial Mining Building，為一超過百年的建築)
(http://swospam0418.pixnet.net/blog/post/457232675
連結說明: 漫長暑假不知道要做什麼嗎? 前往美國排名第一的化學研究所進行短期研究的機會 !!)
先提醒大家一個辨別科系的好方法
就是和那個「系」字前面是用什麼修飾
比方說「資訊管理系」和「資訊工程系」
一個是管理系，一個是工程系。前者在台大是屬於管院，後者是電資學院
這樣大家應該就不會搞混了吧
一樣的，「化學工程系」和「化學系」，一個是工學院，一個是理學院，學得當然不一樣
還要再提醒大家，只要是踏入了二類科系，就要有面對數學和物理的心理準備，
這是絕對逃不掉的哦。接下來開始正式進入本文內容。
整理幾個校系的網址在這邊
http://www.che.ntu.edu.tw/ntuche/cht/101_obligatory.php 台大化工必修
http://www.ch.ntu.edu.tw/office/enter/coursesc.pdf 台大化學必修
http://www.ac.nctu.edu.tw/programs/archive.php?class=103 交大應化必修
台大材料必修
一般的文章，大多是在介紹 : 化工系重大量生產、化學系重理論…之類的內容，
因此我在此先針對這句話來表達我的見解。
大家學化學也好幾年了，看過這麼多化學式，
化學家的任務，就是研究出反應需要的條件，像什麼溫度下會反應、用什麼催化劑、反應的機制等。
不過在這種類型的研究中，
反應系統被限制在小小的圓底燒瓶中，量很少，基本上是幾克甚至毫克的數量級，
只要一個小小的攪拌子，就能讓系統很容易達到均衡，
因此不太需要考慮熱量傳遞等會影響到化學反應的因素。
但是在實際工廠中，不可能和實驗室一樣用燒瓶來小量生產，這樣一定是成本大增，
而且在大量生產的時後，原本小小的因素 (如熱量因素)就會被放大，足以使化學反應受到影響，
比方說，一個很大的反應槽中，有些地方會因為溫度高而先反應，有些卻達不到反應溫度，
要用什麼方式來最好地 (包括效果還是成本等層面) 解決這個問題呢?
化學工程師，是一群具有化學背景的工程師，就是負責解決這一類生產製造時會發生的問題。
他們的任務，就是要知道 : 要用什麼反應器、要怎麼回收未反應之反應物、怎麼分離產物、
如何降低廢棄物的量、如何回收尚可再利用的催化劑、如何最佳化各部件的使用效率等等。
相關問題就會涉及到管線中流體流動的各種現象、熱量傳送過程的各種現象、物質傳遞的手法與現象等等。
但是筆者認為，這對高中生來說，太過於抽象、遙遠了
故以化工系畢業生的身份，直接介紹化工系的課程內容
讓大家知道化工系讀四年，上課時到底都在學什麼樣的東西，
並在下篇 http://swospam0418.pixnet.net/blog/post/456655844 ，
進一步介紹化工系與材料系的差異，以及化工系畢業生的出路。
有一件事是很多人乍看之下無法明白的: 化學系與應化系，有何不同之處?
基本上，化學系和應化系在大學部的教育方面，沒有什麼特別差異，看看核心課程就知道了，
基本上是重疊的。
但是應化系會更偏重偏實用的化學，像是有機化學、分析化學，
比較理論性的物理化學 (physical chemistry)會弱一點
聽說現有的化工系其實前身也是應用化學系，那是在 a long long time ago，
現在早不是那一回事了。
如果在化學與應化兩者之間猶豫不決的人，可以從校名、資源、知名度等來考慮，
畢竟這些差異對於各位高中畢業生來說，還太遠了，而且老實說也沒有很重要。
那化工系和化學系 (應化系)，又有何不同之處?
讀化工系，有以下核心概念: balance (mass balance、energy balance)和 flux and driving force，
中文是平衡 (質量和能量平衡)與驅動力。
一年級時，基本上都是理工科共同的內容 : 普物、普化、微積分等理工科的共同科目
就台大而言，還會針對難度和重點的不同 (針對不同科系)而進行甲、乙、丙的分類
台大化工身為物理、化學、數學並重的科系，自然是「三甲」
普物與普化，就是高中內容的延伸 (稍微加深、加廣)
筆者認為，對於過去長期接受中文科學知識的我們而言，
這是很好的熟悉英文科學名詞與用法的機會，務必好好把握。
微積分則是替未來的工程數學解微分方程做準備，
微積分將會貫穿未來大學四年的主科，是很重要的工具。
化工系在一年級下學期時會有一科「質能平衡」或「質能均衡」，就是化學工程的基本訓練
此時就會帶到「系統 (system)」的概念，並且介紹上面提到的「平衡」balance概念，
在這門課中，我們會一直需要去定義出「系統」的範圍在哪裡?
又針對這個系統，在遵守質量與能量的平衡之下，我們可以推測出哪些訊息?
像這樣的基本質能守衡概念將會貫穿大學四年的化工主科。
本門課還會提到化工系基本的數學概念 (因次群、單位換算等)和一些量產產品時需要的反應器，
在修完質能平衡後，學生會對未來三年會面對到什麼有一些基本的感覺。
另外，根據最新消息，未來台大化工大學部的新生，需要修習「程式語言」，
包括2/3的程式語言課程 (應該是C++與Fortran)，和1/3的初階Matlab課程，
雖然這毫無疑問增加了課業負擔，但事實上立意良好，
就程式語言方面，可以引領各位理解科式語言需要用到的邏輯思考方式，
對於理解計算機 (computer) 的運作方式也會有所幫助。
至於Matlab，在大二之後的專業科目，將會有所運用。
粗淺來說，過去大家在讀國、高中時，函數的運算都是用紙筆執行，
使用Matlab 之後，這些運算都可由電腦解決，並且繪製圖形，
而且可以進一步運用到數值分析、模型建立與分析等。
目前最先進的趨勢是資訊科學，像是「機器學習」 machine learning、「深度學習」deep learning
虛擬實境 (virtual reality)、自動駕駛 (autonomous driving) 等等,
了解程式的世界對於各位來說，絕對是有益無害，
即便未來從事的是傳統產業，但是善用程式語言與數據蒐集/分析的功夫，勢必可讓傳產煥然一新。
一年級的部分就這樣子結束了。基本上都是一些共同科目，也就是微積分、普物、普化，
雖然可能有專業課，像化工系的質能平衡，與材料系的材料科學導論，
但都只是很粗淺、大綱式的內容。
二年級之後，理工科系的課程上就會開始有明顯的分別。以下進行比較。
就化學系而言，
將會修到 : 有機化學、無機化學、物理化學、分析化學，以及個別的實驗
告訴懼怕物理的各位一個好消息 : 除了物理化學會「明顯地」用到大量物理與數學(內容包含了熱力、量力等)
有機化學和分析化學基本上即便有數學，也不是複雜的概念與符號。
無機化學是化工系基本上不會碰觸的，
據筆身自身的修課經驗，連化工系開設的「高分子化學」，都會特別跳過無機高分子的部分
(聽化學系的朋友說無機化學很難…)
事實上無機領域也基本上界定化工系與材料系的差異。
而化工系(以下都將特指台大化工) (在我的年代)，
大二上會有「五大主科」 : 物理化學，有機化學，工程數學，材料力學，分析化學
大二下則是 : 物理化學，有機化學，工程數學，單元操作一。
大三上 : 化工熱力學，單元操作二，電工學
大三下 : 化學反應工程(有人稱其為化工動力學)，單元操作三，化學工業程序，化工實驗一
大四上 : 程序控制、程序設計 (各校間有差異)、化工實驗二
你沒看錯，化工系在大四還有主科，而且是最重要的綜合課程，
從上面的課程列表，不難看出化工系在大二~大三會過得很……紮實。
雖然化工系一樣會修有機、物化、分析等化學相關課程，
不過深入程度自然是完全不同，探討面相也不一樣，
畢竟化工系和化學系本來就有不同的重心。
以下就針對各個不同的學科進行介紹。
有機化學方面在上課時比較沒什麼差別，一樣是各式各樣的有機化合物的性質與反應，
將會學到「mechanism」，即「反應機制」，
探討詳盡的化學反應過程，包括電子的攻擊位置、反應中間物等，
這是高中不會碰到的。
高中的有機化學，只是簡單地介紹各式有機化學物質，即便是化學反應，也是背誦成分居多，
學了大學的有機化學，
你將會發現那些化學反應的背後是有機制在運行，是一場電子打來打去的遊戲，
市面上有一本「有機化學天堂秘笈」(天下出版)，各位可以去書局翻一翻，大概了解一下
同時會搭配實驗課。筆者認為有機實驗是大學中最有趣的一門實驗課了
可以觀察到顏色的變化、結晶的形成、…
(再結晶現象)
而且如果你掌握了化學反應的基本原理，可以在上課時偷偷玩自己想做的東西 
聽說化工系的有機化學，會比化學系的淺一些 (就是老師不會對化工系同學要求太高的意思啦)
事實上，課程的重點教學部分，往往和老師自身的研究專長有關。
另外在實際運用方面，化工系的實驗室傾向直接運用化學系的研究成果來發展自身的研究。
簡單來說，化學系的教授闡明化學反應背後的原理，化工系的教授則直接應用化學反應。
「分析化學」方面，化工和化學就差很多了，
化學系會把分析化學分成兩學期的課程，而且還特分為古典分析(統計學)和儀器分析，仔細講授。
化工系通常只會上一學期的分析化學，而且內容雖然也是統計學和儀器分析，但是教得內容「少很多」。
內容包括滴定、誤差、化學平衡、幾種主要儀器 (光譜儀、質譜儀、層析儀等)的原理與數據判讀等。
學了「分析化學」後，你將會知道:
為何化學家能判讀出化學物質的結構?那些化學物質的分子量是怎麼測量出來的?
「分析化學」基本上也帶有實驗課 。
照片說明: 美國加州「勞倫斯柏克萊國家實驗室」的「先進光源」設備，官網為 https://als.lbl.gov/
需要有在該實驗室工作的人引領才能參觀。
總而言之，化工系的化學課程，要求上不會跟化學系一樣嚴謹。
「物理化學」是我個人認為最重要的 (對化工系而言)
化學系的物理化學，會同時注重熱力學(物質之巨觀)和量子力學(微觀)，搭配反應動力學、統計熱力學等等，
探討分子的物理與化學特性。
化工系方面，傳統上是不注重量子力學，而是會教授大量的熱力學(幾乎一學期都在教熱力學)，
內容是現象的enthalpy (焓)、entropy (熵)、gibbs free energy (自由能)等性質
比方說，探討物質狀態的改變，例如相變化 (比方說，大家熟知的固、液、氣轉變)，或是化學反應，
熱力學將會試圖分析 : 這些物質「傾向」做什麼行為、這種變化「可不可能」發生。
畢竟所有的系統，基本上傾向處於熱力學的穩定平衡狀態 : 能量低、亂度大
當系統處於平衡狀態 (equilibrium)，系統便不傾向變化
但是如果偏離 (deviation)了平衡狀態，便為產生使系統發生變化的「趨動力」 (driving force)
這些知識在過去是化工系學生在大二上的學習重心之一，
相關的知識在材料科學領域也非常重要，原因之一是材料科學家需要對物質的相態與晶態轉變瞭若指掌。
要注意的是，
台大化工從102學年起，決定大幅增加量子力學的比例，降低熱力學的比例，
原因是目前國際上在化工方面的科學研究已經幾乎脫離流體力學、程序控制等傳統領域，
轉型到更加微觀的半導體、電化學等材料相關領域，
另外，量子力學還可以應用在從「分子」 (molecular) 的角度去預測反應，
計算出反應過程中，各個階段的熱力學性質、活化能等特性，
進一步將化學反應給最佳化，已經提前預測設計出來的化學反應的可行性等。
除了改變課程內容，「物理化學」與「化工熱力學」的授課順序也一併調換了，
把原本是大三必修的「化工熱力學」(後述)移到大二上學期講授，「物理化學」則移至大二下與大三上。
除了順序的調換，課程的內容也有所調整，原因是「物理化學」與化工熱力學的內容有所重疊，
因此這兩個科目共通的內容在經過整併後，將在「化工熱力學」課程就一併講授，
如此一來就不需在「物理化學」中重覆學習熱力學相關的內容。
基本上，化工系會視需求，增求物理化學課程的內容，
而化學系則是明確地分成熱力學、動力學、量子化學等三個主題，分成三個學期講授。
「物理化學」也有搭配實驗。其中有一回實驗叫「燒玻璃」，
將會要求各位自己「吹出」玻璃器皿，非常有趣
重頭戲來了 !!
一直到大二上為止，化工系的課程一直都還和其它的理工科系:化學系、材料系等沒有很明顯的差別，
這其實暗示了一件事:到目前為止所學的內容，不管是微分方程還是種種物理學/化學知識，
都只是科學領域的「基本常識」，是解決各種問題甚至於模擬真實系統的基礎，
接下來要介紹化工系的核心科目 : 單元操作、化工熱力學、反應工程學、程序控制與設計，
將會真正引領各位成為能以化學工程師角度解決問題的專業人士，
學習的內容絕對是100%的物理。
為了降低閱讀與理解的負擔，
另篇:(台大)化工系、化學系、應化系，有什麼不同(化工系會學什麼) - 2:必修主科與出路
以淺顯的文字介紹化工系各個必修課的大致目標，和化工相關科系學生的畢業出路，
並介紹材料系與化工系的差異。
連結是 http://swospam0418.pixnet.net/blog/post/456655844
另外，對赴美進修有興趣的讀者，可以參考以下連結以獲得關於留學準備的基本認知，
http://swospam0418.pixnet.net/blog/post/447668153
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