中美著名大學(xué)《電動力學(xué)》課程的比較及啟示

中美著名大學(xué)《電動力學(xué)》課程的比較及啟示

張立彬（教育部南開大學(xué)外國教材中心，天津 300071）
楊 浩（南開大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院，天津 300071）

內(nèi)容摘要：根據(jù)中美高校物理學(xué)排名，筆者搜集了美國12所頂尖高校與中國10所著名大學(xué)的電動力學(xué)課程及其教材等信息，在此基礎(chǔ)上，比較了中美著名大學(xué)電動力學(xué)課程的內(nèi)容、教材與參考書使用情況、培養(yǎng)目標、教學(xué)方式、考核方式、師資力量等。通過比較發(fā)現(xiàn)了美國電動力學(xué)教學(xué)的特點和國內(nèi)教學(xué)的不足，本文可為國內(nèi)電動力學(xué)課程教學(xué)的改善提供一定的啟示與借鑒。
關(guān) 鍵 詞：電動力學(xué)；美國大學(xué)；中國高校；課程特點；課程比較；物理教材

電動力學(xué)是“四大力學(xué)”的物理課程之一。對于各高校物理教學(xué)是必不可少的基礎(chǔ)課
程。電動力學(xué)的研究對象是電磁場的基本屬性，它的運動規(guī)律以及它和帶電物質(zhì)之間的相
互作用。電磁場是物質(zhì)世界的重要組成部分之一，在生產(chǎn)實踐和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，存在著
大量和電磁場有關(guān)的問題。例如電力系統(tǒng)、凝聚態(tài)物理、光波導(dǎo)和光子晶體、等離子體、
天體物理、粒子加速器等，都涉及不少宏觀電磁場的理論問題，在迅變情況下，電磁場以
電磁波的形式存在，其應(yīng)用更為廣泛�？傊莆针姶艌龅幕纠碚搶τ谏a(chǎn)實踐和科學(xué)
實驗都有重大的意義。[1]
為了深入了解電動力學(xué)的教學(xué)情況，我們調(diào)研收集了美國物理學(xué)排名前十二的高校的
課程情況、教材使用等信息，通過分析美國高校的培養(yǎng)目標、課程內(nèi)容、學(xué)時、教學(xué)方式
等來了解他們
……（新文秘網(wǎng)http://jey722.cn省略1006字，正式會員可完整閱讀）……　
的東西，而是一種客觀而具體的物理屬性。從歷史上看，“狹義相對論”的
建立是源于十九世紀末二十世紀初對電磁規(guī)律的深入研究，因此，傳統(tǒng)上也將“狹義相對
論”內(nèi)容納入電動力學(xué)課程教學(xué)中。
電動力學(xué)是國內(nèi)外著名高校物理類學(xué)科的必修課程之一，為了進一步提升國內(nèi)電動力
學(xué)的教學(xué)水平，需要我們不斷的學(xué)習(xí)借鑒國外著名大學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，以充實電
動力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，提高我們自身的教學(xué)水準。
通過比較美國各大高校的課程內(nèi)容發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外的電動力學(xué)教學(xué)內(nèi)容大同小異，見表
1。

表1：美國部分高校電動力學(xué)的課程信息及教材、參考書（星號標記）信息

美國大學(xué)
麻省理工
學(xué)院[2]

課程名稱
電動力學(xué)

課程代碼
8.311

教材及參考書

[1]Jackson, John
David Classical
Electrodynamics.
John Wiley & Sons,
Incorporated ISBN-13:
9780471309321
[2]Schwinger, Julian
Seymour; DeRaad Jr.,
Lester L.; Milton, Kimball
A.; Tsai, Wu-Yang;
Norton, Joyce Classical
Electrodynamics.
[3]Perseus Books
Group ISBN-13:
9780738200569
Schwinger Ebk Classical
Electrodynamics .
Dgtl Bncom ISBN-13:
9780813346625

課程描述

包含電磁學(xué)的基本
原則：在實驗的基礎(chǔ)
上，靜電磁場穩(wěn)定的電
流，動生電動勢和電磁
感應(yīng)，麥克斯韋方程
組，電磁波的傳播和輻
射，電場和磁場的物質(zhì)
特性和守恒定律。在強
調(diào)物理現(xiàn)象和原則基礎(chǔ)
上使用適當?shù)臄?shù)學(xué)手段
解決問題。

斯坦福大
學(xué)[3]

中等電磁
學(xué)I

PHYSICS
120

中等電磁
學(xué)II

PHYSICS
121

包含向量分析，包
括靜電領(lǐng)域的邊界值問
題與多極展開。電介
質(zhì)，靜態(tài)和可變域，磁
性材料，麥斯威爾方
程。
包含守恒定律和電
磁波，坡印廷定理，張
量的提法，電勢領(lǐng)域。
平面波的問題（_空
間，導(dǎo)體和電介質(zhì)材
料，邊界）。偶極和四
極輻射。狹義相對論和
變換域之間的電場和磁
場。

加州理工
學(xué)院[4]

電動力學(xué)

Ph106c

哈佛大學(xué)
[5]

電動力學(xué)

Physics

153

普林斯頓大
學(xué)[6]

高等電磁
學(xué)

PHY 304

針對高年級本科
生。重點是電磁場的性
質(zhì)和來源和波的領(lǐng)域方
面。課程從靜電場開
始，其后發(fā)展是麥克斯
韋方程組。主題：靜
電，電介質(zhì)，磁學(xué)，電
動力學(xué)，輻射，波傳播
的各種媒體，波動光
學(xué)，衍射和干涉。許多
在現(xiàn)代物理學(xué)中的電動
力學(xué)和光學(xué)的應(yīng)用進行
了討論。
包含電磁場理論基
礎(chǔ)是麥克斯韋方程。通
過麥克斯韋張量了解靜
電學(xué)問題，包括邊界值
問題，介質(zhì)和能源方面
的問題。靜磁學(xué)和磁性
材料。電磁波輻射和推
遲勢。熟悉向量微積分
假設(shè)。

加州大學(xué)
伯克利分
校[7]

電磁學(xué)與
光學(xué)

110A-
110B.

[1]Griffiths
INTRODUCTION
TO
ELECTRODYNAMICS,
3rd Ed., 1999, Prentice
Hall
[2]Pedrotti
INTRODUCTION
TO
OPTICS,
Benjamin
Cummings, 3rd Ed., 2006

包含每周三個小時
的演講和一個小時的討
論。課程強調(diào)電磁理論
與應(yīng)用，電荷和電流，
電磁領(lǐng)域；絕緣，導(dǎo)
電，和磁介質(zhì)的相對
論，麥斯威爾方程。波
的傳播媒體，輻射和散
射，傅里葉光學(xué)，衍射
和干涉，射線光學(xué)和應(yīng)
用。

康奈爾大
學(xué)[8]

經(jīng)典電動
力學(xué)

PHYS 6561

芝加哥大
學(xué)[9]

中等電磁
學(xué) I-II

PHYS 22500-
22700

包含涵蓋了狹義相
對論，麥克斯韋方程，
守恒定律，電磁場的
勢，轉(zhuǎn)換定律，格林公
式，電磁波，色散，輻
射理論，天線，和散
射。在實際中應(yīng)用適當
的數(shù)學(xué)方法的重要性。
包含主題包括靜電
場，靜磁場，電磁感
應(yīng)，電場和磁場的領(lǐng)域
中的平面電磁波，電磁
波的反射和折射和電磁
輻射

伊利諾伊
大學(xué)香檳
分校[10]

電磁學(xué) I

PHYS 435

[1]Introduction
to
Electrodynamics,
3rd
Edition, D. J. Griffiths

電磁學(xué) II

PHYS 436

加州大學(xué)
圣芭芭拉
分校[11]

電磁學(xué)

PHYS 110A
PHY ……（未完，全文共11872字，當前僅顯示2824字，請閱讀下面提示信息。收藏《中美著名大學(xué)《電動力學(xué)》課程的比較及啟示》）