1、鄭漢青 北京大學(xué)物理學(xué)院,電動(dòng)力學(xué)課程建設(shè)的匯報(bào),2009年8月24-27，泉州 全國(guó)電動(dòng)力學(xué)教學(xué)研討會(huì),北京大學(xué)的“電動(dòng)力學(xué)”課程是北京大學(xué)本科生主干基礎(chǔ)課和國(guó)家教育部理科基地名牌課程。 這門課首先是由北京大學(xué)理論物理研究所第一任所長(zhǎng)胡寧先生任教（電動(dòng)力學(xué)，人民教育出版社 ，1957）。以后直到文革前這門課由曹昌祺先生擔(dān)任主講（電動(dòng)力學(xué)人民教育出版社，1962）。這兩本書(shū)對(duì)新中國(guó)的電動(dòng)力學(xué)教學(xué)的發(fā)展起到了重要的先導(dǎo)作用。 原物理系后來(lái)主要由俞允強(qiáng)、秦旦華、張承福等主講，技術(shù)物理系主要由虞福春先生和鄭春開(kāi)、俎棟林等主講。俞允強(qiáng)著有電動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)明教程（北京大學(xué)出版社，1999），虞福春、鄭春開(kāi)著有

2、電動(dòng)力學(xué)（北京大學(xué)出版社，2003），俎棟林著有電動(dòng)力學(xué)(清華大學(xué)出版社,2006)。,本課程校內(nèi)發(fā)展的主要?dú)v史沿革,教學(xué)隊(duì)伍情況,五名任課教師全部具有博士學(xué)位，其中一人從中科院高能物理所獲得，三名從北京大學(xué)獲得，彭良友副教授于英國(guó)貝爾法斯特女王大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)與理論物理系獲得。年齡結(jié)構(gòu)合理、分布從33歲到52歲。三名教師從事粒子物理理論與核物理理論研究，一名教師從事加速器物理的實(shí)驗(yàn)與理論研究，一名教師從事理論光學(xué)的研究，均工作在科研工作的國(guó)際前沿。任課教師所處的這些學(xué)科均與“電動(dòng)力學(xué)”這門課有很緊密的聯(lián)系，因此在教學(xué)中能夠充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，對(duì)基礎(chǔ)教學(xué)與科研工作的前沿所需之間的關(guān)系有著深刻的認(rèn)識(shí)，有利

3、于教學(xué)和教學(xué)研究。,我們課程組里還有俞允強(qiáng)、鄭春開(kāi)、俎棟林、盧大海等退休教師，他們雖然現(xiàn)在不擔(dān)任第一線的教學(xué)任務(wù)，但經(jīng)常參加課程組的研討和交流活動(dòng)，對(duì)年輕教師起到了傳、幫、帶的作用，發(fā)揮著重要作用。 師資隊(duì)伍人員結(jié)構(gòu)合理、共承擔(dān)每級(jí)近300人（包括物理學(xué)院、元培班、信息學(xué)院電子系等等）的教學(xué)任務(wù)。其中每年有兩次A類課（4學(xué)分），一次B類課（3學(xué)分）。采用輪換教學(xué)制度。助教一般聘請(qǐng)有責(zé)任心、品學(xué)兼優(yōu)的高年級(jí)研究生。一般A類課請(qǐng)三名助教，B類課請(qǐng)二名。,教這門課的意義和目的： 為了進(jìn)行有效的改革，首先應(yīng)該在為什么教這門課，以及在我們對(duì)學(xué)生的期望和培養(yǎng)目標(biāo)這一原則問(wèn)題上有一個(gè)明確、清晰的認(rèn)識(shí)。教授這

4、門理論基礎(chǔ)課是為了培養(yǎng)和造就在基礎(chǔ)物理學(xué)科研前沿進(jìn)行探索工作的、具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的科學(xué)家和技術(shù)專家。為此我們應(yīng)該具有在世界級(jí)水平上競(jìng)爭(zhēng)的勇氣和決心 。,教學(xué)改革與研究,為達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，需要我們教師團(tuán)隊(duì)和同學(xué)團(tuán)結(jié)一致，做出艱苦和不懈的努力。這也是我們這些年在一直進(jìn)行的。我們的目標(biāo)要求我們對(duì)授課的內(nèi)容，在不脫離現(xiàn)實(shí)的情況下，高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求。盡量做到在不明顯增加學(xué)生負(fù)擔(dān)的情況下，傳授給學(xué)生更多的對(duì)現(xiàn)代科學(xué)研究前沿有重要作用的物理知識(shí)和分析方法。 在講授過(guò)程中我們并不主張?zhí)铠喪降墓噍斔赖闹R(shí)，而是強(qiáng)調(diào)掌握對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)有用的分析方法、概念和新的圖像。對(duì)于較難而又對(duì)將來(lái)從事研究工作有用的一些重要內(nèi)容，我們?cè)?/p>

5、處理時(shí)也作了一些妥協(xié)，即不要求學(xué)生熟練掌握，而是僅要求掌握基本概念和圖像。我們認(rèn)為，作為一門理論物理基礎(chǔ)課，其中最為重要的目標(biāo)之一就是提升學(xué)生對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的基本概念、圖像和方法的認(rèn)識(shí)水平，使學(xué)生超越在普物教學(xué)中獲得的對(duì)物理學(xué)的認(rèn)識(shí)水平和形成的觀念。,電動(dòng)力學(xué)課作為一門非常重要的理論課，有一個(gè)顯著特點(diǎn)，即它除了對(duì)很多應(yīng)用學(xué)科如無(wú)線電、加速器技術(shù)、光學(xué)等有直接的應(yīng)用價(jià)值以外，它還是進(jìn)一步學(xué)習(xí)量子場(chǎng)論等現(xiàn)代物理理論的最重要的基礎(chǔ)課程之一。在學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)的過(guò)程中會(huì)接觸到許多全新的物理概念和圖像。理解和掌握這些新的內(nèi)容為將來(lái)進(jìn)一步的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，是這門課的重要目的。 北京大學(xué)電動(dòng)力學(xué)分A、B兩類課程，A

6、類課程著重加強(qiáng)和提高，目標(biāo)是培養(yǎng)從事物理基礎(chǔ)研究的人才，對(duì)學(xué)生的要求超出教育部教學(xué)大綱的要求。B類課程保持與教學(xué)大綱的基本要求，滿足其它各學(xué)科對(duì)物理類人才相關(guān)知識(shí)的需要。,結(jié)合在科研工作第一線所得到的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容做出了許多改進(jìn)，增加了許多對(duì)新物理概念、思想方法和分析技巧的講解。,指定的主要參考書(shū)是郭碩鴻的“電動(dòng)力學(xué)”與俞允強(qiáng)的“電動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)明教程”，這是國(guó)內(nèi)大學(xué)本科生課程的主流教材。我們還推薦Jackson的“經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)”作為參考書(shū)之一。后者是美國(guó)大學(xué)物理系的研究生課程的標(biāo)準(zhǔn)教材，其深度和廣度明顯大大強(qiáng)于國(guó)內(nèi)對(duì)本科生使用的教材。,由于中國(guó)國(guó)情的不同，對(duì)于絕大多數(shù)學(xué)校、包括北京大學(xué)，在研究生

7、階段并沒(méi)有相應(yīng)的高等電動(dòng)力學(xué)課程。因此我們認(rèn)為我國(guó)的電動(dòng)力學(xué)的教育存在著明顯的缺口，卻一直沒(méi)有得到教育界足夠的重視。這一缺口也許并不總是致命的，但我們認(rèn)為對(duì)于任意一所研究型大學(xué)來(lái)說(shuō)，的確是一個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題。在文革前，北京大學(xué)教授電動(dòng)力學(xué)是上下兩個(gè)學(xué)期、共八學(xué)分，而現(xiàn)在這門課已經(jīng)被縮短到4個(gè)學(xué)分、甚至3個(gè)學(xué)分。根據(jù)我們?cè)诘谝痪€科研工作的切身體會(huì)，目前的“電動(dòng)力學(xué)”課程講授的內(nèi)容并不適應(yīng)科研工作的基本需要。復(fù)旦大學(xué)蔡圣善等著的電動(dòng)力學(xué)（教育部面向21世紀(jì)教材），具有較深的難度和廣度，在一定程度上彌補(bǔ)了這一問(wèn)題，但仍然需要我們做更多的努力來(lái)推動(dòng)這門課程的建設(shè)。,針對(duì)目前上述狀況，我們?cè)诮虒W(xué)中做了許多

8、有針對(duì)性的教改嘗試。引入（或恢復(fù)）了一些我們認(rèn)為對(duì)將來(lái)學(xué)生進(jìn)一步從事科研工作用處較大、而又沒(méi)有相應(yīng)后續(xù)課程介紹的內(nèi)容。比如 譜分析、切倫科夫輻射、光在媒質(zhì)中的色散與耗散、光學(xué)定理、因果性與解析性、色散關(guān)系、求和規(guī)則，對(duì)Maxwell方程相對(duì)論協(xié)變表述的強(qiáng)調(diào)、Dirac磁單極、Green函數(shù)的協(xié)變形式、電磁場(chǎng)理論的拉格朗日形式等。 我們還適當(dāng)?shù)貙?duì)物理學(xué)的一些新的進(jìn)展做了一些介紹，如近些年發(fā)展起來(lái)的左手材料的電磁性質(zhì)等。,主要參考教材,由于課時(shí)和盡量不加重學(xué)生負(fù)擔(dān)的限制，我們對(duì)上述新增內(nèi)容采取的態(tài)度是并不要求全部熟練掌握，而是最低限度地僅要求掌握新物理的基本概念和圖像。即使是這樣的“最低”要求，我

9、們認(rèn)為對(duì)有志于從事物理學(xué)研究的學(xué)生的未來(lái)發(fā)展也會(huì)起到非常重要的積極作用。對(duì)于將來(lái)改行從事其他領(lǐng)域的學(xué)生，也能起到提升科學(xué)素養(yǎng)的作用。 考試方式采用期末閉卷考試成績(jī)（60%）與期中考試（30%）、平時(shí)作業(yè)成績(jī)（10%）相結(jié)合的方法。,重點(diǎn)： Maxwell方程組的建立（真空和介質(zhì)中），完備性與唯一性定理；場(chǎng)的能量動(dòng)量張量；矢勢(shì)的概念，規(guī)范變換；推遲勢(shì)，多極展開(kāi)，偶極輻射；相對(duì)論物理，電磁場(chǎng)的四矢量與張量形式；李納-維謝爾勢(shì)，任意運(yùn)動(dòng)帶電粒子的輻射；介電系數(shù)的諧振子模型，耗散與色散；因果性、解析性與色散關(guān)系。 難點(diǎn)：場(chǎng)的能量動(dòng)量張量；多極展開(kāi)；相對(duì)論物理，電磁場(chǎng)的四矢量與張量形式；李納-維謝爾勢(shì)，

10、任意運(yùn)動(dòng)帶電粒子的輻射；因果性、解析性與色散關(guān)系。,教學(xué)方法與手段,學(xué)生規(guī)模對(duì)于A類課程約200-240人(每學(xué)期一次，人數(shù)約100-120)，B類約50-80人。我們?cè)诮虒W(xué)中強(qiáng)調(diào)基本概念的理解和物理圖像。在講授有比較多推導(dǎo)的內(nèi)容時(shí)，先把物理圖像和基本思路予以整體介紹，然后進(jìn)行推導(dǎo)，推導(dǎo)完成后再對(duì)主要物理思想進(jìn)行總結(jié)。 電動(dòng)力學(xué)是一門基礎(chǔ)理論課，但在工程技方面也有重要的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)教師從事研究的學(xué)科特點(diǎn)，在保證電動(dòng)力學(xué)完整理論體系的基礎(chǔ)上，適當(dāng)聯(lián)系一些實(shí)際應(yīng)用，增加同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。 多媒體教學(xué)設(shè)備對(duì)為學(xué)生提供多種多樣的教學(xué)材料具有很大的便利，但由于電動(dòng)力學(xué)的推導(dǎo)比較多，多媒體教學(xué)也有不利的一

11、面。因此，在教學(xué)中結(jié)合多媒體和黑板兩種方法，重要的推導(dǎo)采用板書(shū)，但同時(shí)也在ppt課件中打出并上網(wǎng)，以便復(fù)習(xí)參考。,本課程的主要特色及創(chuàng)新點(diǎn) 1） 緊密結(jié)合科研工作的需求，給學(xué)生更多地傳授將來(lái)對(duì)物理學(xué)前沿領(lǐng)域進(jìn)行研究有重要作用的新的思想方法、物理概念和分析技巧。 2） 課程內(nèi)容分為A、B兩類，對(duì)于A類課程，我們適當(dāng)增加了本門課程的內(nèi)容和難度、提高了要求，盡量地縮小與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家在教學(xué)內(nèi)容、要求上的差距。因此，我們的A類課程是國(guó)內(nèi)內(nèi)容最全面、難度最大、水平最高、與美國(guó)研究生的要求差距最小的同類課程。 3）B類課程的教學(xué)內(nèi)容和要求與教育部的教學(xué)大綱規(guī)定的相同。區(qū)分A、B兩類的明顯優(yōu)點(diǎn)是滿足具有志向的學(xué)生求知需要，從而實(shí)現(xiàn)因材施教、分流培養(yǎng)，有助于優(yōu)秀拔尖人才的脫穎而出。,本課程目前存在的不足 我們