8、民间科学技术

中国民俗课件历史文化学院赵九洲民间科学技术本次课主要内容1.民间科学知识；2.民间工艺技术；3.民间医学。民俗与科学技术的关系其一，民间的许多科学技术活动，本身即是民俗。如技艺传承、服饰制作等。其二，许多民俗含有科学技术内容，如看风水、打制锡箔等活动。第一节民间科学知识一、算学知识中国传统算学的特点首先是其应用性，其次是独特的筹算计数法，第三是以算术、代数成就最高，几何学相对不甚发达《汉书·律历志》称：数者，一、十、百、千、万也，所以算数事物，顺性命之理也。《书》曰：「先其算命。」本起于黄钟之数，始于一而三之，三三积之，历十二辰之数，十有七万七千一百四十七，而五数备矣。其算法用竹，径一分，长六寸，二百七十一枚而成六觚，为一握。径象乾律黄钟之一，而长象坤吕林钟之长。其数以《易》大衍之数五十，其用四十九，成阳六爻，得周流六虚之象也。夫推历生律制器，规圜矩方，权重衡平，准绳嘉量，探赜索隐，钩深至远，莫不用焉。度长短者不失毫厘，量多少者不失圭撮，权轻重者不失黍累。纪于一，协于十，长于百，大于千，衍千万，其法在算术。宣于天下，小学是则。职在太史，羲和掌之。七巧板也称“七巧图”、“智慧板”，是汉族民间流传的智力玩具。它是由宋代的宴几演变而来的，原为文人的一种室内游戏，后在民间演变为拼图板玩具。据清代陆以湉《冷庐杂识》说：“宋黄伯思宴几图，以方几七，长段相参，衍为二十五体，变为六十八名。明严瀓蝶几图，则又变通其制，以勾股之形，作三角相错形，如蝶翅。其式三，其制六，其数十有三，其变化之式，凡一百有余。近又有七巧图，其式五，其数七，其变化之式多至千余。体物肖形，随手变幻，盖游戏之具，足以排闷破寂，故世俗皆喜为之。”民间算学知识举例——七巧板民间算学知识举例——七巧板现七巧板系由一块正方形切割为五个小勾股形，将其拼凑成各种事物图形，如人物、动植物、房亭楼阁、车轿船桥等，可一人玩，也可多人进行比赛。利用七巧板可以阐明若干重要几何关系，其原理便是古算术中的“出入相补原理”。这七这块板可拼成许多图形(1600种以上)，例如：三角形、平行四边形、不规则多边形、玩家也可以把它拼成各种人物、形象、动物、桥、房、塔等等，也可以是一些中、英文字母。出入相补原理出入相补（又称以盈补虚）积是古中国数学中一条用于推证几何图形的面积或体积的基本原理。其内容有四：一、一个几何图形，可以切割成任意多块任何形状的小图形，总面积或体积维持不变=所有小图形面积或体积之和。二、一个几何图形，可以任意旋转，倒置、移动、复制，面积或体积不变。三、多个几何图形，可以任意拼合，总面积或总体积不变。四、几何图形与其复制图形拼合，总面积或总体加倍。出入相补原理最由三国时代魏国数学家刘徽创建。民间算学知识举例——纵横图将从1至n平方的自然数排列成纵横各有个数的正方形，使每行、每列、有时还包括每条主对角线上的个数的和都等于同一个数（1/2）n（n2+1），称这样的排列为阶的纵横图，亦称阶幻方。最简单的纵横图为九宫图。中国东汉末年郑玄(129～200)注《易纬·乾凿度》：“太乙取其数以行九宫，四正四维皆合于十五”而得九宫数,即三阶幻方。西魏北周卢注《礼记·明堂篇》“二九四、七、五、三、六、一、八”有法龟文之说，后周甄鸾注《数术记遗》云：“九宫者，二、四为肩，六、八为足，左三右七，戴九履一，五居中央。”亦与龟文之说暗合。古人在龟甲或骨上用火灼出窝槽，爆见吉祥之兆，有时这种窝槽的排列有了某种特殊的意义，令人惊异，于是成为世代相传的神话。可见，九宫图由来已久。民间算学知识举例——纵横图南宋杨辉《续古摘奇算法》(1275)卷一始有“纵横图”之名，其中给出了三至十阶的幻方及其变体共十三种。杨辉给出的方形纵横图共有十三幅，它们是：洛书数（三阶幻方）一幅，四四图（四阶幻方）两幅，五五图（五阶幻方）两幅，六六图（六阶幻方）两幅，七七图（七阶幻方）两幅，六十四图（八阶幻方）两幅，九九图（九阶幻方）一幅，百子图（十阶幻方）一幅。其中还给出了“洛书数”和“四四阴图”的构造方法。如“洛书数”的构造方法为：“九子斜排，上下对易，左右相更，四维挺出”。民间算学知识举例——九连环九连环是一种流传于山西民间的智力玩具。它用九个圆环相连成串，以解开为胜。据明代杨慎《丹铅总录》记载，曾以玉石为材料制成两个互贯的圆环，“两环互相贯为一，得其关捩，解之为二，又合而为一”。后来，以铜或铁代替玉石，成为妇女儿童的玩具。传说九连环源于中国古代民间，一说发明于战国时代，另一说发明于三国时期，但能确认就是九连环的记载是明代杨慎（1488-1559，号升庵）的《丹铅总录》（见《升庵集》卷六十八），并不早于欧洲。在中国，战国时代名家惠施曾著立《连环可解》的立论。惠施所说连环是指《战国策》卷第十三中提到的玉连环，南宋鲍彪注称这种玉连环是“两环相贯”，显然不是这里所说的九连环。据说三国时期，诸葛亮常带兵打仗，为排遣妻子寂寞而发明。于明代普及，明代中期时，流传更是极广。清代上至士大夫，下至贩夫走卒，个个爱玩“九连环”。《红楼梦》中曾有描写在深闺中玩九连环的细节。清代，《红楼梦》中也有林黛玉巧解九连环的记载。周邦彦也留下关于九连环的名句“纵妙手、能解连环。”民间算学知识举例——九连环在西方，16世纪前，欧洲有了九连环的记载。1550年，巴黎刊行的数学文献，清楚地讨论过这“中国难题”。著名意大利数学家卡当的著作中将之称为“中国九连环”。1685年，英国数学家瓦里斯对此作了详细的数学说明。19世纪，格罗斯用二进位数给了它一个十分优美的解答。九连环无论在任何时候，都有这聪明的象徵。在古代，对于人们来说，九连环不算是一种玩具，而是代表智慧的象徵。电视剧看多的人应该会有这样一个印象：出使天朝的外邦，有些比较嚣张的，都会拿出九连环来刁难朝中大臣。在大家都素手无策，外邦使官洋洋得意的时候，总会有一个比较聪明的人出来解出九连环，挽回天朝的颜面。因此，九连环总是会被赋予聪明，有智慧的帽子。民间算学知识举例——九连环近人徐珂《清稗类钞》记其解法；“欲使九环同贯于柱上，则先上第一环，再上第二环，而下其第一环，更上第三环，而下其第一、二环，再上第四环，而下其第一环，再上第四环，如是更迭上下，凡八十一次，而九环毕上矣。解之法，先下其第一环，次下第三环，更上第一环，而并下其第一、二环，又下其第五环。如是更迭上下，凡八十一次，九环毕下矣”。九连环包含了几位深奥的数列原理，如果照不出其中的规律，是很难解开的。解一连环需要1步，解二连环需要2步，由此可知，解三连环需要5步，解四连环需要10步，解五连环需要21步，解六连环需要42步，解七连环需要85步，解八需要170步，解九连环需要341步，解十连环需要682步……以后的类推。如果你面对的是“十九连环”，一秒钟解一步，你要花四天以上的时间；如果是“四十九连坏”，则需要一千万年以上的时间！民间算学知识举例——韩信点兵韩信点兵亦称孙子算、鬼谷算、隔墙算、翦管术和秦王暗点兵，源于《孙子算经》中的一道题：“今有物不知其数，三三数之剩二，五五数之剩三，七七数之剩二，问物几何？”按照今天的话来说：一个数除以3余2，除以5余3，除以7余2，求这个数。它形成了一类问题，也就是初等数论中的解同余式。”淮安民间传说着一则故事——“韩信点兵”。韩信带1500名兵士打仗，战死四五百人，站3人一排，多出2人；站5人一排，多出4人；站7人一排，多出6人。韩信马上说出人数：1049。民间算学知识举例——韩信点兵到了明代，数学家程大卫用诗歌概括了这一算法，他写道：“三人同行七十稀，五树梅花甘一枝，七子团圆月正半，除百零五便得知。”这首诗得意思是：用三除说得的余数乘上70，加上用5除所剩的余数乘上21，再加上用7除说得的余数乘上15，结果大于105就剪去105的倍数，这样就知道所得的数了二、物理学知识中国传统的物理学知识没有形成一个完整的体系，它零碎地分布在各种经济生活和文化生活之中。相关的感性认识虽缺少整合与系统化，却发挥了十分重要的作用。重心与平衡知识杂技与百戏中的走钢丝、单臂撑、顶竿建筑中的燕子窝楼、开宝寺斜塔器具中的酒胡子（不倒翁）、石磐运动知识普通运动知识：陀螺、空竹回转运动：被中香炉、火笼、灯球、香球（与现代的万向支架同原理）运动知识被中香炉是中国古代盛香料熏被褥的球形小炉。又称“香熏球”、“卧褥香炉”、“熏球”。它的球形外壳和位于中心的半球形炉体之间有两层或三层同心圆环。炉体在径向两端各有短轴，支承在内环的两个径向孔内，能自由转动。同样，内环支承在外环上，外环支承在球形外壳的内壁上。炉体、内环、外环和外壳内壁的支承轴线依次互相垂直。炉体由于重力作用，不论球如何滚转，炉口总是保持水平状态。不论香炉在被子里怎么翻滚，香炉四周的环形支架都能保证香炉呈水平放置，丝毫不用担心火炭会倾覆。运动知识一个具有一定重量的物体不倾斜翻倒，最佳的方法是采用支点悬挂。银薰球就是采用了这种方法，将香盂悬挂在两边各有一个轴孔的内持平环中，当内持平环呈水平位置时，香盂因自身重量，可以前后轻微晃动而不会左右倾斜翻倒。但仅用一个持平环是无法避免香盂向轴向方向倾斜翻倒的。为解决这一问题，必须在轴向再做一个较大的持平环，将悬挂香盂的内持平环悬挂在外持平环上，并使两环的轴孔正好垂直，轴心线的夹角为90度。这样，内持平环能避免香盂前后方向倾斜；外持平环则能防止香盂（包括内持平环）左右倾斜。盂心随重心作用，始终与地面保持平行，无论薰球怎么转动，盂内的香料都不会撒出，可置于被中或系于袖中。银薰球的这种结构完全符合现代航空航海中使用的陀螺仪原理。罗盘就是悬挂在一种称为万向支架的持平环装置上。这样，无论有多大风浪，船体怎样摆动，也无论在怎样复杂的气流中，飞机如何颠簸，罗盘始终保持水平状态，确保正常工作。机械知识杠杆原理：杠杆、桔槔、衡器定滑轮省力原理：辘轳滚动摩擦原理：大木为车弹力原理：弹弓、锁、镊子杠杆、尖劈、轴承、齿轮、曲柄等组合：水力鼓风机、水碾浮力、比重的相关知识浮力皮筏子、竹筏、浮桥用浮船打捞落水之物（宋河中府浮梁,用铁牛八维之,一牛且数万斤。治平中,水暴涨绝梁,牵牛,没于河,募能出之者。真定僧怀丙以二大舟实土,夹牛维之,用大木为权衡状钩牛,徐去其土,舟浮牛出。转运使张焘以闻，赐之紫衣。）比重用鸡蛋、莲子和桃仁测盐卤浓度气体知识帆车帆船风车风筝孔明灯气体知识——风筝风筝是一种玩具，在竹篾等的骨架上糊纸或绢，拉着系在上面的长线，趁着风势可以放上天空。风筝源于春秋时期，至今已2000余年。相传“墨子为木鹞，三年而成，飞一日而败”。到南北朝时，风筝开始成为传递信息的工具；从隋唐开始，由于造纸业的发达，民间开始用纸来裱糊风筝；到了宋代，放风筝成为人们喜爱的户外活动。宋人周密在《武林旧事》写道：“清明时节，人们到郊外放风鸢，日暮方归。”“鸢”就指风筝。北宋张择端的《清明上河图》，宋苏汉臣的《百子图》里都有放风筝的生动景象。当今，中国放风筝活动，在对外文化交流，加强与世界各国人民友谊，发展经济和旅游事业中发挥着重要作用。风筝是世界上最早的轻于空气的飞行器。本质上风筝的飞行原理和现代飞机很相似，绳子的拉力，使其与空气产生相对运动，从而获得向上的升力。据史料记载，中国的风筝大约在14世纪传入欧洲，这对后来的滑翔机和飞机的发明起到了重要的作用。气体知识——孔明灯相传是由三国时的诸葛亮所发明。当年，诸葛亮被司马懿围困于平阳，无法派兵出城求救。诸葛亮算准风向，制成会飘浮的纸灯笼，系上求救的讯息，其后果然脱险，于是后世就称这种灯笼为孔明灯。另一种说法则是这种灯笼的外形像诸葛亮戴的帽子，因而得名。孔明灯“会飞”原因是：燃料燃烧使周围空气温度升高，密度减小上升，从而排出孔明灯中的空气，使自身重力变小，空气对它的浮力把它托了起来。三、天文学知识中国传统天文学包括天象观测和历法制定两个部分。民间观测天象的目的是用天象的变化预卜人间的祸福，即占星术。历法的制定，一是为了安排农业生产，一是为了祭祀活动占星术“占星术”亦