理论力学 = Theoretical Mechanics ?

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　　摘要：
　　现有理论力学课程英文名称普遍采用"Theoretical Mechanics"的翻译。作者从课程发展的历史主线以及欧美惯用表述出发，引发对现有名称翻译的质疑，并进一步探讨分析力学在整个经典力学体系中地位。针对我国现有理论力学教学内容组成现状，比较中美高校理论力学教学内容的差异，呼吁在高校理论力学教学内容改革中，应增加分析力学的比重。在课程教学中，注重力学发展史主线的描绘，帮助学生树立力学学科的历史发展观，以进一步适应人才培养与时代发展需求。

　　关键词：分析力学，经典力学，理论力学，教学改革

　　在理论力学课程双语教学建设中，课程名称的翻译是一个需要反复斟酌的问题。在权威的《中国大百科全书》力学卷中关于理论力学词条的基本定义为：理论力学 (Theoretical Mechanics)，一般力学的一个分支，是用经过科学抽象的力学模型(如质点、刚体等)研究物体机械运动普遍规律的基础学科。理论力学翻译为Theoretical Mechanics，这一字面上的直译似乎并无不妥。在现行高校理论力学教材中，普遍已经接受将理论力学直译为Theoretical Mechanics，市面上几乎所有现行出版的《理论力学》一书都默认这一译法。在高校双语教学建设中，理论力学的翻译也是如此。在中文互联网上的相关理论力学信息介绍中，这一译法亦被普遍采纳。

　　"Theoretical Mechanics"，这个长期约定俗成的翻译是否准确?
　　要想准确译出理论力学这一课程名称，有必要对这一课程体系形成与发展的历史进行系统地认识与了解。1811年泊松的《力学教程》基本奠定了理论力学的教学体系。之后阿佩尔的5卷《理论力学》(1896年第一版)中的第一、二卷更接近如今的理论力学。20世纪30年代以来，苏联出版了多种理论力学教材，这一时期也是理论力学体系发展成熟的重要阶段。20世纪50年代，一批苏联的理论力学教材相继在中国翻译出版。不难理解，我国“理论力学”一词的产生，正是译自于俄文Теоретическаямеханика，英文"Theoretical Mechanics"即由中文“理论力学”直译而来。这一明显带有时代痕迹的名称翻译延用至今。

　　在理解理论力学课程体系发展历程的基础上，我们再把目光投向"Theoretical Mechanics"英文字面所代表的涵义。由于国家发展及历史沿革等因素差异，在欧美高校课程设置里面，很难找到与理论力学完全对应的课程。在维基百科，笔者发现对"Theoretical Mechanics"的定义：In theoretical physics and mathematical physics, analytical mechanics, or theoretical mechanics is a collection of closely related alternative formulations of classical mechanics。这一词条明确指出，"Theoretical Mechanics"即"Analytical Mechanics"，为经典力学的一个分支，实际上应是分析力学的另一表述。这一说法在2010年Springer的出版物中得到印证，题为"Theoretical Mechanics"的著作主要讨论拉格朗日力学及哈密顿力学的理论及应用，这些皆属于分析力学的内容。而事实上，分析力学 (TheoreticalMechanics) 所包含的内容与我国现有理论力学的教学内容有着较大的差异。

　　从研究的科学规律出发，我国现行理论力学教学内容分为静力学、运动学、动力学三个部分。动力学部分是整个知识体系的高潮，在理论力学体系中处于核心地位。从力学表述方法上来区分，亦即从研究的方法论角度，又可分为矢量力学和分析力学。在经典力学发展最初阶段，牛顿大量运用几何方法和矢量作为研究工具，奠定了经典力学的基础;拉格朗日、哈密顿等人使用广义坐标和变分法，建立了与矢量力学等效的分析力学表述方法。在上述基础上，近代分析力学得到进一步发展，建立了非完整力学和伯克霍夫力学。这一分析体系在整个经典力学的后期发展、成熟以及完善阶段，起到了不可替代的主导作用。如果说1687年牛顿所著的《自然哲学的数学原理》奠定了经典力学的基础，那么时隔百年之后，在1788年由拉格朗日所著《分析力学》一书，则标志着力学发展到一个崭新的阶段。不同于牛顿的矢量力学体系，这本书中不包括任何几何推理和插图。从牛顿力学的力进一步推广到拉格朗日力学中的力。 广义坐标的引入，使得大量约束的复杂系统力学问题的求解成为可能。变分原理作为理论力学中数学演绎的基础，由此构建分析力学体系。也正因为这一求解体系的纯粹数学运算特点，在英文中用"theoretical"一词来描述分析力学的特征。分析力学也逐渐成为经典力学的主要组成部分，在力学学科以及科学发展进程中，起到愈加重要的作用。

　　分析力学在我国理论力学教学体系中现状如何?
　　理论力学属于理工科基础课。教育部高等学校力学教学指导委员会发布的教学基本要求中明确指出：理论力学任务是使学生掌握质点、质点系、刚体和刚体系机械运动(包括平衡)的基本规律和研究方法。在适用于航空、机械、土木等专业的A类要求中，基本部分包括静力学、运动学以及动力学三大版块，除达朗贝尔原理及虚位移原理之外，绝大部分内容属于矢量力学的范畴;专题部分则包括刚体定点运动、碰撞以及分析力学初步知识(第二类拉格朗日方程)。在适用于材料、能源、化工等非机械类专业的B类基本要求中，基本部分完全为矢量力学，专题部分才象征性地体现分析力学的存在。

　　事实上，在力学课程改革的大背景下，理论力学教学学时不断减少，教学内容空间亦呈不断被压缩趋势。高校现有的理论力学教学内容，基本只包含静力学、运动学、动力学内容的矢量力学部分，对于重要的分析力学内容却少讲甚至不讲。我们以同济大学理论力学教学为例，来呈现这一普遍存在的教学困境。同济大学作为一所重点工科院校，理论力学的教学在学生创新能力培养中占有极为重要的地位。在教学课时不断被压缩的大背景下，理论力学教学内容改革分为A、B、C三类，分别对应5、4、3个学时。5个学时针对力学、航空等专业，分析力学部分需讲解虚位移、达朗贝尔原理、第二类拉格朗日方程等部分，但综合比较，矢量力学在内容比重上占据绝对优势;4个学时主要针对机械等专业，内容与A类相似;3个学时的针对交通等专业，分析力学部分几乎未有涉及，仅包括达朗贝尔原理部分。尽管如此，在理论力学教研室的坚持下，在有限的课堂教学中，尽量给学生介绍分析力学的基本概念，如广义坐标及自由度的内容，教师也会在课堂中给学生讲授。从全国范围来看，这一情况更加难言乐观。2016年第六届全国基础力学青年教师讲课比赛中，考虑到全国范围内理论力学教学内容讲授的现状，在讲课内容的选取上，分析力学的内容并没有出现，委实令人遗憾。

　　由于教育体系及历史沿革的因素，中美在这一课程的名称和内容上存在显著差异。从内容重合度上来看，美国称呼这一课程为经典力学 (ClassicalMechanics)，这一名称上的广度，也决定了美国的“理论力学”教学内容涵盖了更多分析力学的部分。在经典力学的体系下，可分为牛顿力学、拉格朗日力学、哈密顿力学，后两部分合称为分析力学，这与前文的矢量力学、分析力学的内容本质相同。在2012年由南开大学发布的针对“中美著名大学《理论力学》课程的比较与思考”报告中，以麻省理工学院、斯坦福大学、加州理工学院等为范例，研究发现美国大学的理论力学主要内容包括：拉格朗日-欧拉方程、哈密顿理论、散射问题、刚体问题、混沌力学等。可见，在以牛顿力学为基础上，美国高校明显强调分析力学的教学，这也与分析力学在经典力学以及现代力学理论中的地位相符合。我国理论力学教学体系主要讲授的牛顿力学部分，则在美国高校的工程力学教材中得以重点体现。

　　综上所述，现有我国理论力学课程英文名称的翻译为"Theoretical Mechanics"，实属时代遗留下来的问题，与我国理论力学的教学内容很难呼应。考虑到该课程作为工科专业的基础力学理论课，起到与专业连接的桥梁作用。认真钻研的同学，很容易出现理论力学知识体系方面的困惑。因此，这一翻译上的不准确，在目前阶段，至少在教学过程中应予以澄清与说明。

　　从理论力学这一课程所涵盖的内容以及肩负的社会使命出发，若采用直译，直译为"Fundamental Theoriesof Mechanics"较为妥当。理论力学相对于"Applied Mechanics"(应用力学)而言，具有更加广泛的涵义，还可以包括固体力学、流体力学、理性力学等领域的一些理论性问题。

　　另一方面，若以英语国家习惯翻译，经典力学 (Classical Mechanics) 的说法显然更为准确。但应该指出，经典力学的篇章更为宏大，远超我国现行理论力学体系的教学内容。教师在课堂教学中，应注重给学生描绘出一条脉络清晰的力学发展史主线，强调矢量力学与分析力学两条分支并进，从而建立力学学科的历史发展观。通过这一过程，学生应对理论力学课程中出现的历史人物的学术职业生涯及其与课程相关的力学贡献有所了解。同时，应鼓励学生充分阅读不同体系的理论力学教材，积极推进现有的理论力学教学内容改革，应尽可能增加分析力学教学的比重，突出分析力学的作用，使之更符合人才培养与社会发展的需要。

　　以上为笔者的一家之言，借以抛砖引玉，期待能与各位理力教学同仁们共同探讨。本文在修改过程中，有幸得到李俊峰教授的建议与帮助，在此表示诚挚地感谢!

　　来源：力学与实践公众号(ID：lxysj_cstam)
　　原文刊载于《力学与实践》2017年第6期，略有改动
　　作者：汤可可 王华宁