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第8课 古代中国的制造和发觉
四大制造
1．李约瑟对中国科技的评价
〔材料〕现在很多思想史家和文化史家照旧多少认为，亚洲文明“没有产生过任何我们可以称之为科学的东西。假如他们知道一些皮毛，或许又会说，中国有过人文科学，但没有自然科学；或者说有过工艺学，但没有理论科学，或许还会不无正确地断言，中国没有产生过近代科学（与古代和中古科学相对而言）。这里没有必要对这些观点逐一订正。
但是，我们的阅历证明，那些不为一般人所知的中国科技成就，信手拈来就可以写满几大卷。有案可查，早在欧洲人留意到太阳上有黑点以前1500年，中国人就在记录太阳黑子周期了；在欧洲人开头争辩日珥现象一千年前，中国人已给出日珥系统各部分特地名称；科学革命的关键仪器──机械钟8世纪首先毁灭在中国，而不是像一般人认为的那样，毁灭于14世纪的欧洲。认为只有西方文明才具有科学特性的传统确定是站不住脚的。不错，现代科学，即对自然现象进行数学假设，再用系统的试验加以验证的体系的确是起源于西方。
但决不行认为中国对欧洲文艺复兴后期毁灭的近代科学的重大突破毫无贡献。欧几里得几何学和托勒密行星天文学无可置疑是起源于希腊，然而还有第三个至关重要的因素，磁现象的学问和基础都是中国供应的，当西方人对磁极性还一无所知时，中国人已在关怀磁偏角和磁感应的性质了。
──《李约瑟文集》（中）选自《世界科学的演化》潘吉星主编，辽宁科学技术出版社1986年版
【解读】李约瑟（1900—1995）是英国出名科学家、中国科技史大师和中英文化沟通的“人民友好使者”。曾提出出名的“李约瑟难题”。
这段资料是李约瑟博士在一次中西科技比较争辩会上的发言，他客观地评价了中国古代科技传入欧洲，加快了西方迈入近代社会的速度。
中国古代人民不仅在技术而且在科学方面都为人类作出巨大的贡献，尤其是在磁现象方面。中国的制造和制造为人类文明的进步作出了重要贡献。
2．毕昇制造活字印刷术
〔材料〕板印书籍，唐人尚未盛为之。自冯瀛王始印五经，以后典籍，皆为版本。庆历中，有布衣毕昇，又为活版。其法用胶泥刻字，薄如钱唇①，每字为一印，火烧令坚。先设一铁版，其上以松脂腊和纸灰之类冒②之。欲印刷以一铁范置铁板上，乃密布字印。满铁范③为一板，持就火炀④之，药稍镕⑤则以一平板按其面，则字平如砥⑥。若止印三二本，未为简易；若印数十百千本，则极为神速。常作二铁板，一板印刷，一板已自布字。此印者才毕，则其次板已具⑦。更互用之，瞬息可就。每一字皆有数印，如之、也等字，每字有二十余印，以备一板内有重复者。不用则以纸贴之，每韵为一贴，木格贮之。有奇字素无备者，旋⑧刻之，以草火烧，瞬息可成。不以木为之者，木理有疏密，沾水则高下不平，兼与药相黏，不行取。不若燔土⑨用讫⑩再火令药镕，以手拂之，其印自落，殊不沾污。
──北宋沈括《梦溪笔谈》卷十八《技艺》
【解读】《梦溪笔谈》是北宋沈括所著的笔记体著作,大约成书于1086年～1093年,收录了沈括一生的所见所闻和见解，是我国古代重要的科技著作。
这条资料记载了北宋时期平民毕昇制造活字印刷以及活字印刷的过程，是最早的也是较全面介绍活字印刷术这一当时先进的技艺资料。
（1）唐代时，雕版印刷书籍的技术还没有盛行；（2）北宋庆历年间，我国已制造了活字印刷术，比欧洲早400多年；（3）当时活字印刷的经过，它有别于唐代盛行的雕版印刷，大大提高了当时的印刷速度；（4）使用的木活字，与现今使用的铅活字有别。
印刷术是我国古代重大制造之一，也是对世界的贡献。毕昇制造的活字印刷是印刷术上的重要革新，它早于欧洲400多年，沈括的这一记载为我们了解毕昇活字印刷供应了贵重资料。
【注释】①钱唇：铜钱的边缘。②冒：掩盖。③铁范：这里指铁框。④炀（音ｙáｎｇ）：烘。⑤镕：通“熔”熔化。⑥砥（音ｄǐ）：磨刀石。⑦具：具备、预备就绪。⑧旋：马上。⑨燔土：指用火烧过的胶泥活字。⑩讫(音ｑì)：完毕。
3．关于火药成分
〔材料〕凡火药以消石①、硫黄为主，草木灰为辅。消性至阴，硫性至阳，阴阳两神物相遇于无隙可容之中。其出也，人物膺②之，魂散惊而魄齑粉③。凡消性主直，直击者消九而硫一；硫性主横，爆击者消七而硫三。其佐使之灰，则青杨、古杉、桦根、箬叶、蜀葵、毛竹根、茄秸之类，烧使存性，而其中箬叶为最燥也。
──《天工开物》第十五卷《佳兵》
【解读】宋应星的《天工开物》国外争辩者认为是“中国17世纪的工艺百科全书”，其中记载了不少在当时居于世界前列的工艺措施和科学创见。
火药早在唐以前就被制造，唐末被广泛使用在军事上。这条资料介绍的是黑火药的主要成分。火药成分以硝石和硫黄为主，草木灰是挂念剂。硝石阴性最强，硫黄阳性最强，阴阳两种物质在密闭的地方相遇，爆炸起来，不论人或物都要魂飞魄散，粉身碎骨。硝石纵向的爆炸力大，所以用于射击的火药成分是硝九硫一，硫黄却是横向的爆炸力大，所以用于爆炸的火药成分就要硝七硫三。作为挂念剂的炭粉，可以用青杨、枯杉、桦树根、箬竹叶、蜀葵、毛竹根、茄秆之类，烧制成炭。其中以箬竹叶炭灰最为燥烈。
【注释】①消石：矿物名，即硝石。②膺（音ｙīｎｇ）：承受。③齑（音ｊī）：切，引申为碎，齑粉，比方粉身碎骨。
《九章算术》和珠算
1．《九章算术》关于割圆术的记载
〔材料〕以六觚①之一面乘一弧半径，三之，得十二觚之幂。若又割之，次以十二觚之一乘一弧之半径，六之，则得二十四觚之幂。割之弥细，所失弥少。割之又割，以至于不行割，则与圆周合体而无所失矣②。觚面之外，犹有余径③。以面乘余径，则幂出弧表。若夫觚之细者，与圆合体，则表无余径。
──《九章算术》
【解读】《九章算术》是我国现存的一部最古老的数学书，集中先秦到西汉数学学问之大成，含有近百条普遍性的抽象公式、解法及246个例题，作者不详。魏晋时刘徵为其注解“析理以辞，解体用图”，不但给出明确的概念，导出正确的理论，而且还有很多制造制造。
这条资料是刘徵对割圆术的注解，是中国古代割圆术最早最为详尽的描述。刘徵经过推导认为：圆内接正6边形的一边乘圆半径，以3乘之，便得到正12边形之幂。假如再分割它，接着以正12边形的一边乘圆半径，又以6乘之，便得到正24边形之幂，分割得越细，正多边形与圆的差别就越小。分割了又分割，始终分到不行再分割的境地，则正多边形就与圆周完全合体而没有什么差别了。一般状况下正多边形每边之外，还有余径。以边长乘余径，则其幂超出了圆弧的表面。至于其边格外微小的多边形，由于与圆合体，那么每边之外就没有余径。
（1）魏晋时期布衣刘徵首创割圆术，为计算圆周率建立了严密的理论和完善的算法。（2）刘徵这种以“直”代“曲”，通过“无限靠近”，使“近似”转化为“精确”的极限思维，含有近代微积分思想萌芽。（3）后世的中国数学家结合当时社会实际需要，引入新的数学概念和数学方法，超出了《九章算术》的范围，为后世中国数学的进展奠定了基础。
【注释】①觚（音ｈú）：多棱角的器物。②设第一次分割将圆内接正6边形割裂成12边形，其面积为S，第n次分割将圆内接正6．2n-1边形分割成正6．2n边形，其面积为Sn，此即表示极限过程。③余径：即圆内接正多边形边心距与圆半径之差。
2．中国古代的记数法
〔材料〕凡算之法，先识其位，一纵十横，百立千僵，千十相望，万百相当。……六不积五不只。
──《孙子算经》卷上
【解读】《孙子算经》原名《孙子算术》，相传作者是春秋末年军事家孙武，是中国算经十书中较早的一本普及读物。
数学是自然科学的基础，十进位值制记数法在数学进展过程中有着至关重要的作用，这条资料介绍，在进行计算时，首先必需懂得数字的位和结构。个位以纵画表示，十位以横画表示，百位是纵的，而千位则是横的，所以，千位和十位看起来是相同的，万位和百位也是这样……到了6这个数字，数字就不再单靠纵画的堆砌来组成了，而数字5则不是由单画组成的。
（1）春秋战国时期，中国已毁灭算筹记数法，这种记数法完全具有现代通行的十进位值制的功能，今日国际通用的记数法就是这种算筹记数法的连续。（2）中国古代人民已建立位值制概念，马克思说“这是人类最奇怪的制造之一”。中国也是世界上最早使用十进位值制记数法的国家。
《石氏星表》和浑仪
1．鲁僖公亲自参与天文观测
〔材料〕僖公五年，春，王正月辛亥朔，日南至。公既视朔，遂登观台以望而书，礼也。凡分至启闭，必书云物，为备故也。
──左丘明《左传·僖公五年》
【解读】《左传》是记载春秋（前770～前476年）历史的史学名著，属于编年体史书，和《公羊传》《谷梁传》一样，是解释《春秋》的三传之一。
这段资料记载的是公元前654年春至日鲁僖公亲自参与天文观测的事，这是中国古代现存文字中记载和观测二至有关系的最早的一条资料，因此值得引用在这里。这段资料记述了鲁僖公五年春季的正月，辛亥日，太阳到达最南点，鲁僖公亲自到太庙报告朔日之后，便登上观看台去观看日影，而天文官员们则依据惯例作下记录，在春秋时的鲁国凡是春分、秋分、冬至、立夏、立春、立秋等气节。史官都必需记录下云雾的颜色和样子，以便对即将到来的变故作出猜想和预备。
中国古代统治者格外重视天文观测，把天文和国家社稷联系起来。甚至在重要日子，比如夏至、冬至还要亲自参与观测并进行重要仪式，这就不难理解，中国古代天文学之所以发达的缘由。
2．中国关于古代赤道坐标的记述
〔材料〕黄道进退之数也，档以铜仪日月度之，则可知也。以仪一岁乃竟，而中间又有阴雨，难卒成也，是以作小浑，尽赤道、黄道，乃名调赋三百六十五度四分之一，从冬至所在始起。……取北极及衡各针之为轴，取薄篾，穿其两端，令两穿中间与浑半等，……令篾半之际从冬至起，一度一移之，视篾之半际多少黄赤道几也。其所多少，则进退之数也。从北极数之，则去极之度也。各分赤道、黄道为二十四气，一气相去十五度十六分之七。每一气者，黄道进退一度焉。所以然者，黄道直时，去南北极近，其处地小，而横形与赤道且等，故以篾度之，于赤道多也。
──《后汉书》志第三律历下
【解读】《后汉书》是中国东汉断代史，为纪传体体裁。共一百二十卷,包括纪十卷、传八十卷、志三十。其中，传为南朝宋范晔撰，志为晋司马彪撰。
本条资料记述的是用赤道坐标表示天体沿黄道运动的主要方法，这种方法在中国始终使用了1500年，直到元、明时才废止。从资料可以看到：黄道度数削减或增加的差数，本应使用青铜浑仪终年观看日月的运行来测量，可是由于有时天阴下雨无法观看，难于获得全年的记录。因此，人们制成小型浑仪，从各至点起将赤道和黄道都分刻成36514度，接着，将一根可弯曲的竹片，两端固定在两极，正好构成一个半圆弧……于是从冬至点起，转动竹片，记录下黄道上度数的增减和赤道上度数增减的关系，这些就是进或退的数值。不仅如此，计算半圆弧形竹片上的度数，就可以得出任何一点的北极距，赤道和黄道均分为二十四气（十四天为一气），每气长15716度，与赤道相比，黄道每气进退1度，由于季节的不同，黄道有时近北极，有时近南极，可见，黄道的位置和赤道是成倾角的，因而它们的度数各不相同。
中国古代至少在汉以前已经建立了一套完整的赤道天文坐标体系，这在世界上是最早的，其明显优于世界其他国家产时通用的黄道天文坐标。就是现代天文学家也借鉴中国古代天文坐标，用赤道坐标取代了黄道坐标。
3．关于浑仪
〔材料〕杨子云好天文，问之于黄门作浑天老工。曰:我少能作其,但随尺寸法度，殊不晓达其意。然稍稍益愈，到今七十，乃甫适知，已又老且死矣。今我儿子爱学作之，亦当复年如我乃晓知，已又且复死焉，其言可悲可笑也。
──《全上古三代秦汉三国六朝·全后汉文》卷十五
【解读】浑仪是古代中国观测天体坐标的工具，它最突出的优点在于赤道式装置，这对观测星辰的周日运动最便利。在望远镜制造以前，浑仪是世界上最先进的天文观测工具。
这条资料记述了汉朝时一位做浑仪老工匠的感慨，这位老工匠说：我年轻时会制作这种浑仪，但只知道依据尺寸去分度，并不明白其中的道理，后来愈懂愈多。我现在已经七十岁了，才开头懂得关于它的一切，可是我不久就要死了，我有一个儿子，也宠爱学着制作这些仪器；他也得重复我多年的阅历，我想，有一天他也会懂得其中的道理的，不过，到了那时，他也同样将是快要死的人了。他的话是多么凄惨，又多么可笑啊！
《授时历》和四大农书
1．关于良种选择
〔材料一〕（1）种伤湿郁热则生虫
取麦种，候熟可获，择穗大强者，斩束立场中之高燥处，曝使极燥①无令有白鱼②，有辄扬治之。取乾艾杂藏之，麦一石，艾③一把；藏以瓦器竹器。顺时种之，则收常倍。
取禾种，择高大者，斩一节下，把悬高燥处，苗则不败④。
欲知岁所宜，以布囊盛粟等诸物种，平量之，埋阴地。冬至后五十日，发取量之。息最多者，岁所宜也。
──《汜胜之书》上卷《收种》
〔材料二〕（2）凡五谷种子，抑郁⑤则不生；生者亦寻死。
种杂者，禾则早晚不均，舂复减而难熟，粜卖以杂糅见疵⑥，炊餐失生熟之节：所以特宜存意，不行徒然。
粟、黍、粱、秫，常岁岁别收：选好穗纯色者，劁⑦刈高悬之。至春，治取，别种，以拟明年种子。量家田所须种子多少而种之。
其别种种子，常须加锄。锄多则无秕也。先治而别埋⑧，先治，场净不杂；窖埋，又胜器盛，还以所治穰草蔽窖。不尔，必有为杂之患。
将种前二十许日，开出水淘，浮秕去则无莠。即晒令燥，种之。
──《齐民要术》卷一《收种》
【解读】西汉的《汜胜之书》与北魏贾思勰编写的《齐民要术》都是我国古代重要的农书，不仅对当时指导农业有重要作用，就是今日也有很多值得我们借鉴的地方。
这两条资料都记述了“收种”，《汜胜之书》较早，它主要介绍了要怎么选良种，介绍的是穗选法。而《齐民要术》已超越了单纯的“收种”，进入良种保存和繁育的阶段，强调种子必需保存，即选择成熟且健壮的，先晒干，而后放在干燥的地方保存，来年出苗率高，单收、单打、单种，严防混杂，年年如此选育就有可能培育新的优良品种。
我们的祖先格外重视农业科技，很早就有关于农业科技的专著，所接受的选种方法：混和选择法，也是现代常用的选种方法。这是中国古代之所以成为农业大国的缘由。
【注释】①斩束立场中之高燥处，曝使极燥：割下大穗扎成一束，挂在晒场较高的一方，晒干（以免与其他谷物混杂）。②白鱼：一种小虫。③艾：一种植物，可防虫。④不败：来年苗长势好。⑤郁（音ｙì）：指受潮或回潮发热。⑥以杂糅见疵：糅（音ｒóｕ）：搀和，混杂。见疵（音ｃī）：被嫌恶。疵，毛病。⑦劁：割。⑧先治而别埋：先治，最先脱粒。别埋，分别窖埋。
2．关于梨的嫁接
〔材料〕种者，梨熟时，全埋之。经年，至春地释，分栽之，多著熟粪及水。至冬叶落。附地刈杀之，以炭火烧头。二年即结子。（若生及种而不栽者，则著子迟。每梨有十许子。唯二子生梨，余皆生杜。）
插者弥疾。插法：用棠、杜。（棠，梨大而细理；杜次之；桑，梨大恶；枣、石榴上插得者，为上梨，虽治十，收得一二也。）杜如臂以上，皆任插。（当先种杜，经年后插之。主客俱下亦得；然俱下者，杜死则不生也。）
杜树大者，插五枝；小者，或三或二。
梨叶微动为上时，将欲开莩为下时。
先作麻纫，缠十许匝；以锯截杜，令去地五六寸。（不缠，恐插时皮披。留杜高者，梨枝繁茂，遇大风则披。其高留杜者，梨树早成，然宜高作蒿箪盛杜，以士筑之令没，风时，以笼盛梨，则免披耳。）斜扦竹为签，刺皮木之际，令深一寸许。折取其美梨枝阳中者，（阴中枝则实少。）长五六寸，亦斜扦之，令过心，大小长短与签等；以刀微荆梨枝斜扦之际，剥去黑皮。勿令伤青皮，青皮伤即死。拔去竹签，即插梨，令至处，木边向木，皮还近皮。插讫，以绵幕杜头，封熟泥于上，以土培覆，令梨枝仅得出头，以土雍四畔。当梨上沃水，水尽以土覆之，勿令坚涸。百不失一。
──贾思勰《齐民要术》卷四
【解读】《齐民要术》是中国现存最早最完整保存下来的古代农学名著，也是世界农学史上最早、最有价值的名著之一。
这则资料最突出的是科学嫁接方法，这不但是我国最早最具体的科学记录，按时代也是世界上罕见的先进技术。嫁接成活的关键之一是接穗和砧木的亲缘关系，亲缘关系愈近愈简洁成活，一般认为不同科植物没有亲和力，嫁接难成活，但《齐民要术》却突破这个禁区，竟然在不同科的梨和枣、石榴之间嫁接成功，而且品质好，这是世界上杰出的成就，关键二：接穗和砧木的伤口必需密接，尤其是二者的形成层必需密接，否则，必定失败，贾思勰的生疏格外明确“木边向木，皮还近皮”说的很关键、很清楚。
人工杂交是人工制造生物新类型的一种方法，这种技术在我国古代已格外成熟，且已被广泛应用，这对中国古代农业、畜牧业的进展有着格外重要的意义。
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