中美著名大學《電動力學》課程的比較及啟示

中美著名大學《電動力學》課程的比較及啟示

張立彬（教育部南開大學外國教材中心，天津 300071）
楊 浩（南開大學物理科學學院，天津 300071）

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

電動力學是“四大力學”的物理課程之一。對于各高校物理教學是必不可少的基礎課
程。電動力學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之間的相
互作用。電磁場是物質世界的重要組成部分之一，在生產實踐和科學技術領域內，存在著
大量和電磁場有關的問題。例如電力系統(tǒng)、凝聚態(tài)物理、光波導和光子晶體、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，其應用更為廣泛�？傊�，掌握電磁場的基本理論對于生產實踐和科學
實驗都有重大的意義。[1]
為了深入了解電動力學的教學情況，我們調研收集了美國物理學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、課程內容、學時、教學方式
等來了解他們
……（新文秘網http://120pk.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”內容納入電動力學課程教學中。
電動力學是國內外著名高校物理類學科的必修課程之一，為了進一步提升國內電動力
學的教學水平，需要我們不斷的學習借鑒國外著名大學的教學內容和教學模式，以充實電
動力學的教學內容，提高我們自身的教學水準。
通過比較美國各大高校的課程內容發(fā)現(xiàn)國內外的電動力學教學內容大同小異，見表
1。

表1：美國部分高校電動力學的課程信息及教材、參考書（星號標記）信息

美國大學
麻省理工
學院[2]

課程名稱
電動力學

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

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

斯坦福大
學[3]

中等電磁
學I

PHYSICS
120

中等電磁
學II

PHYSICS
121

包含向量分析，包
括靜電領域的邊界值問
題與多極展開。電介
質，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，電勢領域。
平面波的問題（_空
間，導體和電介質材
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
學院[4]

電動力學

Ph106c

哈佛大學
[5]

電動力學

Physics

153

普林斯頓大
學[6]

高等電磁
學

PHY 304

針對高年級本科
生。重點是電磁場的性
質和來源和波的領域方
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，磁學，電
動力學，輻射，波傳播
的各種媒體，波動光
學，衍射和干涉。許多
在現(xiàn)代物理學中的電動
力學和光學的應用進行
了討論。
包含電磁場理論基
礎是麥克斯韋方程。通
過麥克斯韋張量了解靜
電學問題，包括邊界值
問題，介質和能源方面
的問題。靜磁學和磁性
材料。電磁波輻射和推
遲勢。熟悉向量微積分
假設。

加州大學
伯克利分
校[7]

電磁學與
光學

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。課程強調電磁理論
與應用，電荷和電流，
電磁領域；絕緣，導
電，和磁介質的相對
論，麥斯威爾方程。波
的傳播媒體，輻射和散
射，傅里葉光學，衍射
和干涉，射線光學和應
用。

康奈爾大
學[8]

經典電動
力學

PHYS 6561

芝加哥大
學[9]

中等電磁
學 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。在實際中應用適當
的數學方法的重要性。
包含主題包括靜電
場，靜磁場，電磁感
應，電場和磁場的領域
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
大學香檳
分校[10]

電磁學 I

PHYS 435

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

電磁學 II

PHYS 436

加州大學
圣芭芭拉
分校[11]

電磁學

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《電動力學》課程的比較及啟示》）