走进中国科技史殿堂

全校公选课走进中国科技史殿堂第七讲2013年4月全校公选课古代科学技术发展的高峰宋辽金元时期一、概说二、火药和兵器的进步三、指南针、印刷术四、数学、天文学、医药学五、农学、瓷器、冶金主要内容宋辽金元时期在五代时期的短暂分裂之后，中国的历史又迎来了一个相对稳定的时期。公元960年，宋朝建立，从北宋建立到公元1368年元朝灭亡的四百多年时间，只有在北方地区出现了民族间的纷争与战事，在南宋时出现了南北对峙，其他时间则基本保持了稳定。其中，宋朝是一个关键性的朝代。以农业为主体的宋代社会经济得到长足发展，经济的繁荣推动了人口的增长，北宋后期的人口曾达到一亿的高峰。以活字印刷的发明，火药与指南针的完善与应用为特征的宋代科技，居于世界领先的地位。政治、科学、技术、文化的蓬勃发展为医药的进步创造了有利条件。元代为编写授时历进行了规模空前的测地工作，在纬度15°—65°地区内共设立了27个观测所，成果丰富。其他如交通工具、车船、兵器以及机械制造和建筑工程等方面都有巨大的突破和发展。宋辽金元时期宋辽金元时期，科技人才辈出，既有见多识广、兼擅众长的科学家沈括，又有专攻一门的专业数学家朱世杰；既有以苏颂、韩公廉为首创造水运仪象台的科研集体，又有首创活字印刷术的伟大发明家平民毕昇。其他在数学、天文学、医学、机械制造、木工、船工等方面，都涌现了杰出的人才，在我国古代科学技术史上写下了光辉的篇章。宋元时期科技的一个突出特点是，中国人在宋元时代表现出的创造力为中国历史上任何时代所不及。火药与火药武器唐朝末年，火药开始用于军事，宋元时期，火药被广泛运用于军事中（砲→炮）。宋建立后，为抵御辽、西夏和金的进攻，宋加紧对武器的制作和研究，火药武器不断得到改进。到了南宋，则有了新的突破，出现了管形火器，叫突火枪，以巨竹为筒，内装有原始的子弹，是世界上最原始的枪炮，它的发明，大大提高了火器发射的准确率。元朝初年，出现了用铜或铁制成的大型管形火器，统称为“火铳”，里面装有铁弹丸(见图元代铜火铳)，铳尾有火眼，用以点放，已具备了近代火炮的基本构造。火药和火药武器的广泛使用，是世界兵器史上的一个划时代的进步，使人类作战方式发生了重大变革。南宋时，火药传到阿拉伯。蒙古西征时，火器也传到阿拉伯。火药武器在元代非常。火药与火药武器北宋曾公亮编撰的《武经总要》是第一部完整记载火药配方和工艺的书。该书中所记载的火炮、毒药烟球和蒺藜火球的火药配方已经非常接近现代火药。不过，他们尽管具有爆破、燃烧等功能，也可以用于战争，但还不能作为发射火药使用。《武经总要》关于火器的图片用来抛火药包的火砲火球、火蒺藜等火器火药与火药武器火药武器在元代非常兴盛。元末农民战争中，朱元璋的军队曾经大量使用火药武器。尤其是在朱元璋与当时的另一支反元武装陈友谅进行的鄱阳湖之战中，火器对朱元璋的胜利起到了至关重要的作用，留下了“火烧陈友谅”的佳话。宋元时期的火药武器突火枪世界最早的火炮元代铜火铳“制造时间：元至顺三年（1332年）指南针宋代，人们掌握了制造人工磁体的技术，又制造了指南鱼。指南鱼是把薄钢片剪成鱼形，长二寸，宽五分，鱼的肚皮部分凹下去，使鱼象船一样能浮在水面上，然后加热并沿子午线方向淬火使之被地磁场磁化。这种人工传磁方法制成的指南鱼比使用司南方便多了，只要有一碗水，把指南鱼放在水面上就能辨别方向了。经过长期的改进，人们又把钢针在天然磁体上摩擦，钢针也有了磁性。这种经过人工传磁的钢针可以说是正式的指南针了。指南鱼沈括关于指南针的记载沈括在他的《梦溪笔谈》中提到他对指南针的用法做过四种试验，即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法。“水浮法”是把指南针放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。“缕悬法”就是在磁针中部涂上一些蜡，上面粘一根丝线，把丝线悬在木架上，针下安放一个标有方位的圆盘，静止时钢针就指示南北。“指甲法”就是把钢针放在手指甲面上，轻轻转动，由于手指甲的光滑，磁针就和司南一样也能发生指南作用。“碗唇法”是把磁针放在光滑的碗边上，转动磁什，便和指甲法一样发生指南作用。沈括经过精密的观察实验，还发现磁针指示的方向并不是正南正北，而是微偏西北和东南，这种发现在科学上叫磁偏角。缕悬法指南针复原指南龟据南宋末年成书的《事林广记》一书记载，当时南宋的海船上经常使用一种“指南龟”。指南龟的磁石藏在腹内，使用时暗访在一根竹钉上，使其能自由旋转，实际上是一种旱罗盘。该记载早于西方所有有关指南针的记载。指南龟发明年代不晚于1325年持罗盘陶俑持罗盘陶俑于1985年在江西临川南宋末济南墓出土，高22.5厘米。陶俑手中持一罗盘。俑座底部墨书“张仙人”三字，故又称该俑为“张仙人”俑，是古代风水先生的造型。持罗盘陶俑手持之罗盘，正中乃支撑式磁针，周边刻分度线，正是一只旱罗盘。它证明了旱罗盘是中国在南宋时创先制造的。指南针的用途指南针最初是风水先生用来选定房屋或坟墓方向的工具，大约在北宋末期开始用于航海事业。北宋朱彧的《萍洲可谈》中最早记述了指南针在航海中的使用。到了南宋，指南针更是成为航海时的主要仪器。由指南针所确定的航海线路一般称为“针路”。指南针发明的意义指南针的发明，对中国乃至全世界都产生了巨大的影响，它引起了航海技术的重大革新，使航海事业得到了极大的发展，同时也促进了中外经济贸易和文化交流。南宋、元代航海事业的高度发展以及后来明朝的郑和下西洋等，都是指南针所起作用的最好证明。马克思将指南针比喻为预告资产解决社会到来的三大发明之一。宋代印刷术雕板印刷术在唐代中后期问世后，在宋代逐渐得到广泛应用，对宋代的政治、经济、文化的发展起到了极大的促进作用。宋代，雕版良工大多荟萃于杭州，刻印了经书、史书、子书、医书、算书以及文集等。浙本字体方整，刀法圆润。宋初，最艰巨的雕版工程是太祖开宝四年（971）于成都开始版印全部《大藏经》，计1076部，5048卷，历时12年，雕版共计13万块。南宋1132年，王永从在湖州刊刻佛经5400卷，一年之内即告完工，可见刻工之众多和技术之熟练。宋代刻工技术优良，纸墨装潢精美，后世藏书家对宋版书十分珍视。活字印刷术雕板虽然一版能印制几百部甚至几千部书，但很费工费时，大部头书要花几年时间。存放版片又要占用很大地方。印量少又不重印的书，版片用后便成了废物，给人力、物力和时间都造成了浪费。据《梦溪笔谈》卷18记载，宋仁宗庆历年间（1041-1048），平民毕昇创造了活字印刷术。它既能节省费用，又能缩短时间，方便又经济。活字印刷术是一项伟大的创举，它的应先十分深远。毕昇毕昇活字印刷的方法胶泥制字，把胶泥做成四方长柱体，一面刻上单字，再用火烧硬，使之成为陶质，一个字为一个印。排版时先预备一块铁板，铁板上放松香、蜡、纸灰等的混合物，铁板四周围着一个铁框，在铁框内摆满要印的字印，摆满就是一版。然后用火烘烤，将混合物熔化，与活字块结为一体，趁热用平板在活字上压一下，使字面平整。便可进行印刷。用这种方法，印二、三本谈不上什么效率，如果印数多了，几十本以至上千本，效率就很高了。为了提高效率常用两块铁板，一块印刷，一块排字。印完一块，另一块又排好了，这样交替使用，效率很高。常用的字如“之”、“也”等字，每字制成20多个印，以备一版内有重复时使用。没有准备的生僻字，则临时刻出，用草木火马上烧成。从印板上拆下来的字，都放入同一字的小木格内，外面贴上按韵分类的标签，以备检索。毕昇起初用木料作活字，实验发现木纹疏密不一，遇水后易膨涨变形，与粘药固结后不易去下，才改用胶泥。活字印刷术的见证毕升发明的印书方法和今天的比起来，虽然很原始，但是活字印刷术的三个主要步骤一制造活字、排版和印刷，都已经具备。1965年在浙江温州白象塔内发现刊本《佛说观无量寿佛经》，经宽13厘米，残高8.5－10.5厘米，纸色发黄，但质地坚韧柔软，经文按回旋形排列。经与宋版书比勘，特异之处殊多，而具有活字版特征：字体较小；字体长短大小不一，笔画粗细不均；字距极小，紧密无间；排列不规则（呈回旋形排序，有纵有斜有横）；漏字；纸面可见到字迹有轻微凹陷，墨色亦浓淡不一。经专家鉴定，此为北宋元符至崇宁（1100——1103）年活字本。这是北宋活字印刷技术发明的最早历史见证。活字印刷术的见证1103年《佛说观无量寿佛经》残页《吉祥遍至口和本续》是藏传佛教经典的西夏文译本,也是目前已知世界上最早的木活字版印本。活字印刷术的见证西夏（1032-1227）时期的《妙法莲华经集要义镜注》某卷末页有6行题款，记录了参加印刷该经书的人名及其工作分工，如“印面校者”、“印取字者”、“作字兼丁者”等，仅十余字，但已概括了活字印刷所经历的必要工序，有校对、取字、作字兼作字丁、刷印。“取字”、“作字兼丁”等工序，是雕版印刷中根本不需要的工序。南宋绍熙四年（1193年），大臣周必大用沈括在《梦溪笔谈》中记述的铜版胶泥活字法，印制所撰的《玉堂杂记》。木活字元代王祯在《农书》中叙述木制活字：“今又有巧便之法，造板木作印盔，削竹片为行，雕版木为字，用小细锯锼开，各作一字，用小刀四面修之，比试大小，高低一同。然后排字作行，削成竹片夹之。盔字即满，用木榍榍之，使坚牢字皆不动。然后用墨刷印之”。王祯用木活字在1299年印刷六万字的《旌德县志》100部。王祯《农书》所绘的印刷活字盘金属活字元代王祯（1260-1330）在《造活字印书法》（1298）中谈到：“近世又铸锡作字，以铁条贯之作行，嵌于盔内，界行印书，但上项字样，难以使墨，率多印坏，所以不能久行。”这是中国关于金属活字的最早记载。金属活字金属活字起源于宋代铜板纸币，北宋用铜版活字印钞票应早于金朝，但未有早于1154年的北宋实物，现存最早的北宋行在会子库是1161年印的，其中有三个字歪斜排列，与其它字大小不同，应当是植入的铜活字。不容置疑中国最迟在12世纪初就通行铜活字。金代在1154年就开始印铜版宝钞，因此金代在1154年就有铜活字。知识链接：交子和会子由于贵金属资源的匮乏和先进的造纸技术、印刷技术的支持，北宋时期出现了世界上最早的货币——交子。这是世界货币史上的一大里程碑。知识链接：交子和会子1161年3月11日（宋绍兴三十一年二月十三日，距今已851年）南宋政府发行了以铜钱为本位的纸币“会子”。纸币的面值分壹贯、贰贯、叁贯3种，后又增加贰伯文、叁伯文、伍伯文3种，通行于东南各地。不同面值的“会子”图案也不尽相同，并印有发行机关名称、面值、界数（三年换发一次，为一界）。票面上还印有捕捉伪造和使用假币者的赏格。南宋会子通常采用铜板印刷活字印刷术并未马上取代雕版印刷尽管活字印刷在宋代已经出现，但由于成本、质量等原因，雕版印刷长期以来仍是中国主要的印刷术，直到清代，在中国最普遍应用的仍然是雕版印刷。数学中国古代数学在宋元时期达到繁荣的顶点，涌现了一大批卓有成就的数学家。其中秦九韶、李冶、杨辉和朱世杰成就最为突出，被誉为“宋元数学四大家”。秦九韶的《数书九章》、李冶的《测圆海镜》、朱世杰的《四元玉鉴》等都是世界闻名的数学著作。他们的许多成就都领先于欧洲几百年。天文历法天文、历算宋朝历法一共改了十九次，是我国历史上历法改革频繁的朝代。历法的不断改革，反映了天文学研究的进步。南宋《统天历》相当精确。它定一回归年的长度为365.2425日，比实际周期仅差26秒，和现代国际通用的公历（《格列历》）完全一致，但比后者早了四百多年。宋代的天文仪器制造也有成就，发明了计时的莲花漏和水运仪象台。这一仪象台用水力发动，可以有节奏的按时转动，把报时、观象测天同时显示出来。后来仪象台传入金朝。元代大科学家郭守敬，在天文、数学以及水利工程等方面都有很高的成就。他奉命修历，认识到修历的基本工作在于实测。他创造了简仪、仰仪和圭表等一系列仪器以助观测。其中简仪的设计很精密，在当时是十分先进的。这个仪器要比欧洲的同样仪器早三百年。他又在全国设立二十七个测景所，最北的北海测景所已在北极圈附近了。现在河南登封观星台，就是当年的测景所的遗址之一。他根据观测和研究，