中国文化概论重点章节第四章中国古代的科学技术

第三章中国古代的科学技术科学是指人们关于自然现象和规律的知识体系，一般包括数学、物理、化学、天文学、地理学、生物学、农学、医学等。技术一般被理解为关于工具、物质产品以及它们被用来达到实用止的的方式的知识，分为纺织、建筑、机械、冶金、车船、兵器、陶瓷、造纸、印刷等部门。中国古代在科学技术的各个领域和部门中，都创造了辉煌的成就。第一节天文历法一、 天文学天象观察和记录：天文学产生于农业生产的需要，中国是一个古老的农业国，要发展农业就要建立历法以确定季时，要建历法，就要观察天体并对天体的运行作出合乎逻辑的解释，于是就产生了天文学。据说尧帝时就已有专门观察天地和记录天象的官，舜帝时已有观察天体的仪器——璇玑、玉衡，《尚书》中就有“在璇玑玉衡，以齐七政”的话。《诗经》中已有火、箕、斗、参、毕、牛、女等星宿的名字。从司马迁的《史记》开始，历代史书中就有了记录天体、天象的《天文志》或《天官书》。甲骨文中就有关于新星的记载，至十八世纪止的3000年间或，共记录到的新星有90颗。《汉书·天文志》记录了公元前134年（元光六年）五月在房宿附近出现的一颗新星。对这颗新星，欧洲也有记载，但没有记录月日和方位。中国也是记载太阳黑子活动最早的国家，《汉书·天文志》记载了永光元年（公元前43年）的一次太阳黑子活动，比西方记载这种现象的时间早了整整 1000年。从那时起到十七世纪，中国关于太阳黑子活动的记录共有106条。关于哈雷慧星的记录最早见于《左传》文公十四年（公元前613年），比欧洲早600年，从那时到二十世纪初，中国记录慧星共500多次，共中记哈雷慧星的次。长沙马王堆汉墓出土帛书中有29幅慧星图，早在公无前300多年，中国先民就把岁星到家行的路线——黄道附近的恒星分为28个星区，称为28宿。战国时的天文学家甘德与申和著有《甘石星经》，记载了黄道附近的120颗恒星的位置以及它们同北极的度数。观察天体的仪器：浑仪，春秋时已出现，比较地简陋。元代天文学家郭守敬又作了重大改革，臻于完善，比欧洲领先三个世纪。浑象（浑天仪）：是演示天体运行的仪器，是东汉张衡制造的。水运仪象台：它包括有浑仪、浑象等仪器，用水来推动这些仪器的运转，使之模仿天体的运行。制造者为北宋的苏颂、韩公廉。圭表：测日影、正四时的仪器。漏壶：计时仪器，有水漏和沙漏两种。历法：建立在精密观察基础上的中国历法也是世界一流的。据文南记载，黄帝曾令容成造历法（公元前世纪），颛頊时代又有新历（公元前24世纪），颛顼历正式确定一年为一十二个月。唐尧时（公元前21世纪）羲和再修历法，不仅已知一年为366天，并且知道闰月之法。夏代修的夏历则是以月球围绕地球的运动来确定月日的，并确定三年一闰，五年再闰。春秋时的历法进上步确定19年闰个月，此置闰法一直运用到现在。同时春秋历法还将一年分为八个节气，年实际天数确定为365.245日，比目前通用的公历仅差26秒，而西洋公历直到1582年才公布于世，比中国的授时历晚了整整300年。在中国古代历法中，“二十四节气”的出现对农业的发展具有重要意义，它比较确切地反映了一年之间气候的变化，它是在春秋历法“八节气”的基础上逐渐完善起来的，到汉武帝时期，由司马迁、射姓、邓平等人制定出太初历，正式将二十四节气列入了历法。二十四节气的顺序是：正月立春雨水，二月惊蛰春分，三月清明谷雨，四月立夏小满，五月芒种夏至，六月小暑大暑，七月立秋处暑，八月白露秋分，九月寒露霜降，十月立冬小雪，十一月大雪冬至，十二月小寒大寒。天体理论：自古以来，人们生活在地球这个特别空间，这个空间，称之为“六合”，它包括东南西北上下各个方位，对这个六合古人比较地熟悉，但对于为“天”的上方，却难以捉摸，既不明白日月星辰的运行是怎么一回事，又对风雷雨电的变化感到困惑。于是一些人就试图却研究宇宙天体。关于天体的结构，主要有“三说”，都兴起于秦汉时代：一是盖天说，《吕氏春秋》就说：“天道圆，地道方”，即天圆地方说。后来又有“天如车盖说”。二是浑天说。东汉有人说“浑天如鸡子，天体如弹丸，地如鸡中黄。”《张衡浑天仪》就说：“天转如车毂之运行也，周旋无端，，其形浑浑，故曰浑天。”三是宣夜说。《晋书·天文志》说：“天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀（mao）精绝，故苍苍然也。日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止皆须气焉。”此说比较地科学，道出了宇宙的无限性，认为日月星辰存在于虚空之中而无所根系。二、 地学中国古代的地学历史悠久，著述极富。原始社会的人类即善选择有地地形修筑房屋。夏代大水，大禹率领人们治水，有力地推动了地理考察，时有测地的“准”“绳”。准以测方位，绳以测距离。我国最早的“地理”概念源于周代，《周易·系辞》：“仰以观于天文，俯以察于地理。”周代已有较系统的地理知识，并开始用地图表示。《尚书·洛诰》载：周成王建洛邑，命周公勘址，周公在先好地址以后，即将城址绘成图献给成王。周代已有专门管理地图和地理资料的官员，如小宰、土训、职方氏、冢人等。周人还认识到自然是由金、木、水、火、土五种元素构成的。地理学产生于战国时期，《禹贡》的出现是其标志。《禹贡》是专门的地理著作，内容包括：政区划分、农业、物产、贡赋、山河、交通、运输等。《山海经》也产生于战国时期。这是一部带有神话色彩的地理书，其内容包括：古代地理、历史、神话传说、民族、动植物、矿产等。所记地理东南至浙江，西至川西南，北至天山，东至泰山。书中列有名山400多座，动植物140多种，全书分为“山经”、“海经”、“大荒经”三个部分。司马迁作《史记》很重视地理环境的考察和记叙，《货殖列传》详细记载了当时中国不同地域的地理气候条件、经济发展和风俗习惯等。《河渠书》专门记载了三代以来，尤其是三代以来河流治理及水利建设情况。班固的《汉书》有《地理志》，这是中国最早一部以疆域政区为纲领的地理著作，它有世界上最早最系统的全国各政区户口数，记载了各政区内山岳、陂泽、水道源流、水利设施，各地重要城邑、乡井，重要关塞亭障、著名古迹，以及道路交通等。这部书在中国地学上爱莫能助划时代的意义，它标志着中国地理学的成熟。地图的制作秦汉时期已很普遍，如《史记·廉颇蔺相如列传》就记载秦王“召有司案图”，以十五城予赵，此图即秦国的地图；《史记·刺客列传》荆轲刺秦王，荆轲呈图到秦王面前，“图穷匕首见”，这个图就是燕国的地图。目前，全世界可见的最早的地图是1986年我国甘肃天水放马滩公元前238年的秦墓中出土的七幅木刻地图，其中有政区图、地形图、经济图，比例尺大约是三十万分之一。其次是1973年长沙马王堆三号汉墓中出土著居民的三幅长沙国地图——《地形图》《驻军图》和《城邑图》。其中地形图范围涉及湘、粤两省及广西壮族自治区一部分。这三幅地图绘制一动2100年前，比以往世界公认的最早的罗马帝国时代托勒密《地理学》一书中的地图要早300年。公元三世纪，中国地图的研究登上了一个新的台阶。晋人裴搬绘制出了《禹贡地域图》十八幅，还提出了绘制地图的六项原则（六种方法），被英国科技史家李约瑟称为“中国制图学之父”。南北朝时代有郦道元的《水经注》，记述了全国1252条大小河流，并对河川流域地区的地理现状、历史沿革、名胜古迹、风土人情、传说故事等作了详细的记载。唐宋元三代，地理学进入一个新的发展期，一是地方志十分繁荣，三朝统治者都很重视地方志的修纂，不仅各郡县地方志，中央总地志的编纂也很兴盛。主要有唐贞观年间李泰（实不萧德言撰）《括地志》50卷，记当时全国山川地理、道路交通、风俗物产；李吉甫《元和郡县志》，记宪宗时各道镇的情况；宋代乐史著的《太平寰环记》，是著名的史传派地方志代表作，以人文内容丰富而著称；王存的《元丰九域志》，主要记载北宋中期全国地理形势、名山大川、户口贡赋等；元代有国家主修的《大元一统志》。二是地理测量方面取得了突出的成就。唐玄宗时有一行和尚等人用多点观察方式算出了子午线（经线，通过地球某一点与和地球磁南北极与地球表面的交线）一度弧的长度，这是世界上首次对子午线进行的实际测量。宋人沈括克服因地形起伏、道路曲折而产生的测量误差，首创地形高度测量法，又用分层筑堰法测量了汴河河道地形。二是对地形地貌的研究取得了突出的成就。沈括根据奇太行山岩石中生物化石沉积物，分析出华北平原曾为海滨，是由黄河、滹沱河、涿水、桑干河冲积而成的。四是地图数量多、种类多。唐宋元时期的地图保存至今的有唐人贾耽的《海内华夷图》《陇右山南图》。还有《禹迹图》《九域守令图》。南京黄棠的《地理图》，反映苏州地貌的《平江图》，宋代沈括的《天下州县图》。刻于江西龙虎山据说是元代朱思本的《舆地图》等，尤其是《舆地图》，后经罗洪先补充加工，增加了边远地区和国外部分，制成《广舆图》二卷共62幅地图，成为当时视野最阔的一部大地图集。明清时期。最杰出的代表是徐霞客的《徐霞客游记》，徐氏用30年的时间跑遍大半个中国，考察了中国的地形地貌、山川、河流，提出：长江流域面积比黄河流域大一倍。他又对溶岩地貌作了系统分类和定名，指出：溶岩地貌是流水溶蚀、侵蚀和机械崩溃共同作用的结果，还划定了我国西南峰林地貌分布图。清明清的地理著作还有：顾炎武的《天下郡国利病书》；顾祖禹《读方舆纪要》；《大明一统志》；《大清一统志》；魏源的《海国图志》等。清代地图博采东西之长，质量更高，例如康熙十八年聘请法国传教士协助绘制的《皇舆全览图》，规模巨大，长宽数丈，同治时期又有《大清一统舆图》。三、 农学中国的农学在先秦时期就已产生，自成一家。中国原始农业产生于七八千年前，黄河流域和长江流域在七八千年前就有原始农业和畜牧业，四五千年前黄河长江流域已是农业为主，夏商周三代，中国的农业生产已发展到一定规模，粮食比较丰富，部分贵族大量地用粮食造酒，西周时已大量使用金属农具。春秋至秦汉，铁器农具和牛耕技术得到广泛的运用，并开始使用肥料，于是有所谓的“神农之学”，战国时期，有了专门的农学书《神农》《野老》。西汉时期有《汜胜之书》，专总结黄河流域的生产经验，阐述当时的耕作制度、栽培技术等。现存最早最完整的农书是北魏贾思勰的《齐民要术》，内容包括：农作物栽培、选种育种、土壤服肥料、果树蔬菜、畜牧兽医、养蚕缫丝、酿造发酵、生产工具等各个方面，是中国农学史上的一部杰作。南北朝时期，南方水稻种植技术已趋成熟，有一定水平的灌溉技术和耕作技术，积累了比较丰富的植物学知识，出现了植物学专著《南方草木状》《竹谱》等书。水利工程：战国时楚国孙叔敖领导修建的芍陂；魏国西门豹领导修建的漳水十二渠；秦国李冰父子修建的都江堰水利工程；郑国领导修建的郑国渠。汉朝有引渭入河工程、龙首渠、白渠、灵积渠、成国渠等。唐至宋元：此一时期社会相对安定，农业生产技术进步很快，工具相当完备，形成精耕细作的成套技术。在工具方面：唐代已出现水车，到宋元则已普遍使用龙骨水车。农学著作不断出现：隋代有诸葛颖的《种植法》；唐代韩鄂的《四时纂要》、陆羽的《茶经》、陆龟蒙的《耒经》；宋代陈尃的《农书》，元代王桢的《农书》，此书内容极丰富，包括农业发展史、耙种锄犁灌等各个生产环节，农作物栽培技术，各种农具的形状和制造技术等。还有襟代蔡襄的《荔技谱》、韩彦直的《桔录》、欧阳修的《洛阳牡丹记》、宋子安的《东溪试茶录》等。明清二代：有农学著作300余种，如徐光启的《农政全书》，清廷编的《授时通考》、朱橚《救荒本草》等。四、 医学在世界科技史上，中医学占有很特殊的地位，是至今还屹立于世界科技之林的少数中国传统学科之一。中医学的核心是中医理论。中医理论形成于战国时期，现存最早的一部中医理论著作《黄帝内经》就产生于战国时期，这是一部医学理论与临床医学实践相结合的医学著作，它有一整套生理和病理学说。它认为人体存在阴阳两个彼此消长，又相互依存的、相互影响的方面。人体阴阳平衡则健康，阴阳失衡则病。五脏六腑分属金、木、水、火、土，这五行之间相生相克，人体主要脏器存在一定的活动规律。脏腑之外还有经脉和络脉两个循环系统，其循行与人体脏器关系密切，牵一发而动全局。在病理方面，它确定了虚、实、寒、热四种病理变化。在治逆耳忠言方面，它强调节器“治病必求于本”，“救其萌芽”的思想原则。中医学的另一部奠基性的著作是东汉张仲景的《伤寒杂病论》。张氏结合已有的阴阳、脏腑、经络学说，进一步提出“四诊”、“六络辩证”、八纲辩证“等一套辩证施治原则和方法。他把伤寒病分为”太阴、太阳、少阳、阳明、厥阳六类，强调应按阴、阳、表、里、虚、实、寒、热辩证治疗，治疗时还要运用望、闻、问、切四种方法来诊断病情。这些，就为中国临床医学奠定了基础。兹后，中匠医学迅速发展宋元时期，受理学之风的影响，医学界盛行“五运六气”预测疾病轻重的运气学，号称金元四大家的医学巨子刘完素、李杲、张从正、朱震亨各立一派，各施所长，形成争鸣的局面。刘完素善于应用寒凉药物，称为“寒凉派”；李杲以脾胃立论，主张补元气，称为“补温派”；张从正主张用汗吐、下三法治风寒，称为“攻下派”；朱震亨结合三家之说，提倡泻火养阴，称为“滋阴派”。明人王履开始突破伤寒论的樊篱，著《医经溯洄集》，开拓了传染病（瘟病）的新途径。明末吴有性又著《瘟疫论》，进一步指出，传染前几天是某种“戾气”从口鼻而入所致，而且说，这戾气多种多样，要针对不同的发病原因来治疗。清代叶桂又著《温热论》进一步总结了外感温瘟病的发病途径和转良，提出了一套辩证施治的方法。大约在公元十六世纪，也就是在明清之际，我国已发明了预防天花的人痘接种术，清人俞茂鲲《痘科金镜赋集解》、张璐《医通》对此都有具体的记载。临床方面，中国历史上涌现出了许多名医。春秋时候有扁鹊、汉初文帝时代有淳于意（仓公）、东汉时代有张仲景。东汉末年有华佗，创始了全身麻醉的“麻沸散”，也是世界上第一个利用麻醉来做外科手术的人。中国的针灸学源远流长，产生于战国时期的《黄帝内经》中已有专论针炙的《灵枢》九卷。长沙、马王堆汉墓出土帛书中就有《足臂十一脉管炎经》。三国时期皇甫谧著《针炙甲乙经》对自古以来的针炙疗法作了全面的分析、研究和整理，对生病病理、人体穴位和针炙施治作了系统的总结。晋代名医王叔和又有脉学专著《脉经》。隋唐以后，出了很多针炙图，如孙思邈有三幅《五色针炙图》，北宋王惟一铸造了一尊针炙铜人。针炙疗法从南北朝开始流至朝鲜、日本、东南亚，宋元时期又传播到欧洲。与中医密切相关的中药学是与中医同时产生的，同时发展的。《山海经》中提到的药物已达100余种，至汉代，出现了第一部专门的药物学著作《神农本草经》，记药物265种，后经南朝陶宏景整理补充，为中国药物学奠定了基础。南朝时出现了第一部制药学专著《炮炙论》。唐高宗时，诏令苏敬等人编成了《新修本草》，载药物800多种，这是世界上最早一部由政府发布的药典。至宋代，又有唐慎微编的，《经史证类备急本草》，载药物1700多种。明代李时珍著《本草纲目》记载药物1892种，附图1162幅，药方11096个，集中国古代本草之学之大成，极大地提高了中药学水平，推动了世界生物学的发展，被达尔文称为“中国古代的百科全书”。五、 数学从公元前二世纪到公元十四世纪，中国的数学一直处于领先地位。中国早在四五千年以前，就已使用十进位制，到春秋时已经很完备了，而古印度直到公元六世纪才使用十进位制。汉代出现了两部著名的数学专著——《周髀算经》和《九章算术》。《周髀算经》成书于西汉中期，内容包括著名的勾股弦定理、测量术、绘图法以及很多复杂的分数，还有开平方运算法。《九章算术》成书于东汉前期，，它记载了246个数学问题，还有联立一次方程的解法。魏晋南北朝时期，数学界又升起了两颗巨星：一是三国时期的刘徽；一为南北朝时的祖冲之。刘徽为《九章算术》作注，为数学概念下了定义，为一些数学定理和公式作了证明，用极限方法论证了圆周率π=3.1416，用无限分割法证明了方椎体积计算方式。祖冲之进一步将圆周率推到了3.1415926与3.1415927之间，在世界上第一次圆周率精确到小数点后面第七位。欧洲人直到公元十六世纪才求得这一结果。隋唐科举有“明算”一科，有效地推动了数学的发展和普及。这一时期出现了高次方程。至宋代，贾宪《黄帝九章算法细草》指出：指数为正整数的二项式定理系数表，，利用它可求出任意高次方程的数值解。南宋秦九韶为宋元四大数学家之一（另三位为李冶、杨辉、朱世杰），他的整数论中一次同余式解法和数学高次方程求证根法“的研究成果都遥遥领先于世界，欧州同类研究比他整整晚了500年。南宋李冶的《测圆海镜》也是一部惊世之作，他的列一元高次方程“天元术”研究成果也比欧洲同类研究早了300多年。元人朱世杰在此基础上再创“四元术”，提出了极其类似现代的消元解法。此外，杨辉、沈括等对高次等差数、实用数学等的研究都取得了世界级的成就。明清数学不如宋元，但也有不少成果，如明人顾应祥著《测圆海镜分类释术》，依字数符号区别不同次幂方程，并详释其解。程大位《算法统宗》，内有算盘图说，并说明其应用，中国的算盘对发明于元末明初，至此已有了一套完整的计算方法，并先后传至日本、朝鲜，成为一种极其方便的计算工具。六、 技术与发明中国在新石器时代就学会了烧制陶器，畜养动物，种植作物。大约在公元前三十世纪的炎帝和黄帝时代，这是一个发明创造的时代，神农氏时人们开始制造生产工具，神农氏“斫木为耜，楺木为耒，耒耕之利，以教天下”。神农时代开始冶炼青铜器。比印度略早，比埃及晚2000年。春秋晚期的公元前六世纪，出现了冶铁技术，而且是生铁，这是世界上是最早的，比欧洲早2000年，战国时发明了生铁柔化技术。也在公元前四世纪的战国时期发明了块炼铁多次锻打渗炭而成的钢——块铁渗炭钢。汉代出现了铸铁脱碳钢（白口生铁氧化脱碳退火）。西汉末出现了炒钢（将生铁变成钢），战国末出现了百炼钢（将炒钢反复加热，反复锻打，去其杂质，提高强度）。魏晋时出现了灌钢——一种含碳量较高的优质钢，用作刀剑的锋刃。青瓷产生于先秦时代；白瓷产生于南北朝时代；彩瓷出现于北朝后期；唐代三种瓷的生产工艺大为进步，生产著名的唐三彩；彩瓷时代各种色调的瓷均有，且极精巧。造船业：春秋时南方吴越地区的造船业很发达，秦汉时能造各种各样的船只，宋元时期出现较大规模的海上运输贸易，指南针用于航海，有导航设施。四大发明：火的使用出现于原始社会，唐以前就发明了火药制造，至晚唐五代时期火药开始应用于军事，十三世纪随蒙古人远征传入欧洲，宋代的爆竹很普遍，并出现了烟花。造纸术：造纸技术产于汉代前期，汉武帝、汉宣帝时期就有麻纸，汉成帝时代已有可用来写字的纸张，东汉蔡伦改进造纸方法，使纸张大量生产而经济。公元三世纪传入越南、亚洲，八世纪传入埃及，十三世纪再传到欧洲。印刷术：隋代发明雕版印刷，八世纪后传到日本等国，十三世纪传伊朗、埃及、欧洲。北宋时毕升发明活字印刷，十四世纪传入日本、朝鲜，十五世纪传入欧洲。指南针：春秋时中国人已知磁铁有吸铁特