中国古代的科学与技术(下)

第四节：中国封建时代的科学技术

(下)四、实用科学五、西学东渐六、李约瑟问题七、中国古代科学技术的特点教学目的和要求1.了解中国封建时代科学技术的社会背景及其与古希腊科学社会背景的差异；2.重点掌握三大独创技术和四大发明及其在人类文明史上的重大意义；3.着重认识中国封建时代天文学、数学、医学和农学的重要成就及其相对于古希腊科学的特征；4.深入理解“李约瑟悖论”的涵义及其探讨这一命题的重大现实意义。四.实用科学天文学数学中医药学农学1.天文学皇家的需要，农业社会的需要。不以宇宙理论见长，而以积累观测为主。皇家垄断天学，禁止民间私习。天学享有很高的地位，不仅敬授人时，而且揭示天行之道。1.天文学1.1精确、系统的天象观测记录：中国史记中保存有2000多年来关于日蚀、月蚀、彗星、新星、太阳黑子等丰富的天象观测记录；对恒星的观测成果反映在历代的星表和星图中。对日食和月食详细的记载，从汉初到1785年，日食925次，月食574次异常天象的记录，如太阳黑子（前28年）、极光、彗星（前613年－1621年包括哈雷彗星）、新星、超新星（前352－1604共75次）月蚀日蚀1.2独特、优秀的历法体系

1)商代的阴阳历2)战国的四分历3)汉代的太初历4)唐大衍历5)元代授时历6)此外，宋代沈括的十二气历、明末的崇祯历阴阳合历：日、气、朔三要素。公元前4世纪，已测出太阳年为365.25天。元朝著名天文学家和水利专家郭守敬编成《授时历》，一年的周期和现行公历相差无几，但比现行公历的确定早300年。1.2独特、优秀的历法体系1.3先进、精密的天文仪器

浑仪、漏壶和圭表1)浑仪：东汉张衡（38—139）的水运浑天仪、元代郭守敬（1231—1316）的简仪2)漏壶：汉丞相府漏壶、宋代漏壶3)圭表：《周礼-考工记》和《元史》中的有关记载圭表浑天仪东汉漏壶郭守敬张衡简仪这台地震仪安放在阳,曾于138年测出千里之外的陇西所发生的一次地震,朝野上下,颇为震动。但由于当时朝堂上谶讳迷信劫力很盛,张衡的一重要发明没有得到应有的重视,候风地动仪也没有被保存下来。张衡的地动仪比外国同类仪器早诞生近一千年。古波斯直到公元十一世纪才有类似地震仪器。近代的地震仪在公元1880年才制成,它的原理和张衡地动仪基本相似,但时间却晚了一千七百年。地动仪浑天说认为天是一个圆球,把地包在球中,圆球不停转动。左图为北京古观象台,当中位于中间的是建于明正统七年的浑天仪。右图这种浑天仪于顺永建五年前创制,是早期的浑天仪。

石刻星图

（苏州）1.4宇宙结构学说

盖天说、浑天说和宣夜说。张衡的浑天说是一种以地球为中心的宇宙理论，在中国古代论天学说中占统治地位。张衡浑天说盖天说宇宙结构学说宇宙理论：盖天说，浑天说，宣夜说1)盖天说—天圆如张盖，地方如棋局—天似盖笠，地法覆盘2)浑天说—天圆如弹丸，地如卵中黄3)宣夜说—天了无质，日月众星，浮于虚空之中

2.数学实用数学而非演绎数学；私人的爱好而非国家的事业，因此没有自主而连续的发展算筹10进位位置制记数法纵式筹码横式筹码记数规则“凡算之法，先识其位。一纵十横，百立千僵；千十相望，万百相当”（《孙子算经》）“满六以上，五在上方，六不积算，五不单张”（《夏侯阳算经》）例如：752836用空位符号“口”表示零，后演变为“○”。2.数学

西汉《九章算术》（1世纪）共讲述了246个问题的解法，根据所要解决的测量和计算问题分为九章即九大类，涉及丈量农田、不同等级谷物的兑换、建筑结构计算、分配计算等，是中国古代数学体系的奠基作，标志着中国以计算和解决实际问题见长的实用数学体系的形成，但在理论和演绎推理方面远不及欧氏几何学。《九章算术》刘徽

（魏晋时人）“徽幼习九章，长再详览。观阴阳之割裂，总算术之根源，探赜之暇，遂悟其意。是以敢竭玩鲁，采其所见，为之作注。”极限方法

古法：径一周三刘徽的“割圆术”—“割之弥细，所失弥少。割之又割，以至于不可割，则与圆合体而无所失矣”。刘徽计算到192边形，求得3.1416，含有极限思想。2.数学1)南北朝祖冲之（429－500）及其子祖暅计算了圆内接正6144边形和正12288边形的面积，得出π＝3.1415926～3.1415927求出精确到第七位有效数字的圆周率，领先世界达千年之久。2)魏晋南北朝时期出现了一批算经2.数学3)唐代出现珠算4)宋元之际，古代世界数学的高峰5)秦九韶（1202－1261）《数书九章》（1247）6)李冶（1192－1279）《测圆海镜》（1248）7)杨辉（13世纪中后期）《杨辉算法》，速算法8)朱世杰（13、14世纪之间）《算学启蒙》（1299）、《四元玉鉴》（1303），讨论了高次开方和高次方程组的解法。宋元数学四大家1)秦九韶的“大衍求一术”2)李冶的“天元术”3)朱世杰的“四元术”4)杨辉的高阶等差级数公式，这些成就领先于欧洲400至600年秦九韶四元术天元术杨辉三角“方程术”—三元一次联立方程组今有上禾三秉，中禾二秉，下禾一秉，实三十九斗；上禾二秉，中禾三秉，下禾一秉，实三十四斗；上禾一秉，中禾二秉，下禾三秉，实二十六斗。问上中下禾实一秉各几何？3x+2y+z=392x+3y+z=34x+2y+3z=26天、地、人、物:四元术

—四元高次方程组3.中医药学

战国时期的《黄帝内经》包括《素问》、《灵枢》两部分，18卷，162篇。主要论述人体解剖，生理，病理、病因、诊断等基础理论，兼述针灸、经络、卫生保健。《黄帝内经》3.中医药学1)《黄帝内经》以阴阳说和五行说为据，强调人体的有机整体性，提出了研究人体生理和病理的脏腑学说和经络学说。该书是中医现存最早的理论著作，是中医理论体系形成的标志。2)东汉末年张仲景（约150－219）《伤寒杂病论》提出中医诊断学中的“六经辩证”（太阳、阳明、少明、太阴、少阴、厥阴）和“八纲原理”（阴、阳、表、里、虚、实、寒、热）其“辨证施治”原则为中医临床医学奠定基础。《伤寒杂病论》张仲景医圣张仲景

（约150-219）《伤寒杂病论》《金匮要略》—八纲辨证（阴阳表里虚实寒热）辨证—立法—拟方—用药

3)西汉的《神农本草经》是我国现存最早的药物学专著，收录药物365种，其中植物药252种，动物药67种，矿物药46种。《神农本草经》4)中国古代医籍中国古代医籍为古代世界各学科之冠，据统计有近8000种。重要的有：魏晋王叔和的《脉经》和皇甫谧的《针灸甲乙经》；晋代葛洪的《肘后方》，唐代孙思邈的《千金方》；明代李时珍的《本草纲目》。孙思邈《千金方》—“人命至重，有贵千金”。医德垂训：“胆欲大而心欲小，智欲圆而行欲方”，“不为利回，不为义疚。”李时珍

（1518-1593）湖北蕲春人，医生世家。14岁考取秀才，三次乡试未中，放弃科举，专心研究医药学。1552年开始编写《本草纲目》，1578完稿。历时20余年，共52卷，190万字。《本草纲目》，中国古代药学之集大成，52卷，190万字，分16部（水、火、土、金石、草、谷、菜、果、木、服器、虫、鳞、介、禽、兽、人），也是一部博物学大全，“虽名医书，实该物理”。万历年传至日本，后致欧洲，被译成德、法、英、拉丁、俄等文字，达尔文的《物种起源》引用过该书。中国古代医籍4、农学

农业是中国社会的基础，历代统治者天大要事就是稳定人心。

神农氏“斫(zhuo)木为耜（si），揉木为耒（lei）。耒耨(nou)之利，以教天下。”—《周易·系辞下》

4、农学农业立国。政府官员重视农业实践和农业生产知识的积累中国农学重视天时、地利和人力的综合运用《汜胜之书》（公元元年左右，汉代），论及北方特别是关中地区的耕作经验贾思勰《齐民要术》（533－544，北魏）10卷92篇，反映黄河中下游地区的农业生产状况《王帧农书》（元代）综合黄河流域旱田耕作和江南水田耕作经验。《齐民要术》是我国现存最早的完整的农书，率先提出了因时制宜、因地制宜、精耕细作、合理经营的思想，在我国古代农业生产中产生了深远的影响。4、农学《齐民要术》王祯农书（元代）

徐光启（1562--1633），生于上海《农政全书》集我国古代农学成就之大成，60卷，50多万字，分农本、田制、农事、水利、农器、树艺、蚕桑、蚕桑广类、种植、牧养、制造和荒政12项4、农学5、物理学知识

5.1《考工记》《考工记》是春秋战国时期齐国人的一部科技著作，是手工技术规范的汇集。全书阐述了手工技术中包含一些的物理知识，其中主要是力学和热学方面。《考工记·轮人篇》在论述车轮制造时，以受力、运动和不同接触地面的影响等因素出发，研究轮子的形状与运动快慢之间的关系。此外,还分析了与弹道有关的技术，并且最早作出了关于物体惯性的论述。《考工记》中论述的热学知识，指出了冶炼金属时加热后先呈暗红色，温度渐高，依次是呈橙色、黄色、白色、最后是青色。这是因为金属里含有碳、钠一类的杂质，不同物质有不同的汽化点，所以可以根据汽化物质的颜色作为判断火候或温度高低的标准，最后达到“炉火纯青”，就可以浇铸了。

5、物理学知识5.2《墨经》

《墨经》是墨家学派的著作，是私学教育的教材。《墨经》中有关物理知识的内容，主要是在力学和光学方面。

（1）力学《墨经》中对时间和空间概念分别作了正确的定义，对力的概念提出了初步的论述，墨家还叙述了斜面上的物体失去平衡的道理，以及利用斜面来提升重物的方法。

（2）光学《墨经》从早为人们认识的光的直线传播原理出发，首先提出了影与光、物之间的关系。《墨经》还介绍了平面镜成像，叙述了凹面镜、凸面镜成像的规律。5.3《论衡》《论衡》是东汉王充所著。（1）力学方面：指出了人的视觉在观察物体的运动快慢时会造成错觉的原因和如何量度物体运动的快慢。关于力和运动的关系，在外力的作用下，若外力大小一定，则物体越重，要它开始运动，或使之运动状态发生变化就越难。这是牛顿第二运动定律的萌芽，还认识到内力不能改变物体运动状态这一事实。（2）声学方面：王充认识到人发声是使空气振动而产生的，并将声音在空气中的传播用可见的水波的传播来作了比喻，实际上已指出了振动的传播要通过媒质。（3）热学方面：王充不仅用“气”来解释热现象，指出热传递与距离远近的关系，而且对自然界中雨、露、霜、雪的成因也进行了研究，指出了它们都是地面上的水蒸发所致，所以实质上他已进入了物态与温度之间的关系的研究。（4）电磁方面：关于摩擦起电的现象，西周末年已有“玳瑁吸褡”的记载。在《论衡》中，对这现象作了进一步的解释。王充用性质相同来解释上述相互吸引的现象，和性质不同来解释别类物体不能“感动”的原因。对于“雷电”现象：认为是不同的气相互激发出来的。可见，王充认识到雷电也是物质的，也是自然界的一种变化现象。

5.3《论衡》《梦溪笔谈》是北宋中期的政治家和科学家沈括（1031—1195）所著，这是中国科学史上一部重要的著作，英国科技史家李约瑟把它称为“中国科技史上的座标”。这部举世闻名的科学巨著涉及物理领域的内容包括磁学、光学和声学知识。5.4《梦溪笔谈》沈括，杭州钱塘人，北宋科学家、政治家、外交家。从小在母亲指导下读完家中藏书，后随父走南闯北。后来承袭父职，历任主簿、县令，关心民生，重视农业，兴修水利，考中进士后，任太史令，并主持天文历法工作。他积极参加王安石变法，变法失败后，多次被贬。晚年隐居润州（今镇江），终老梦溪园。《梦溪笔谈》成书于11世纪末，是沈括晚年的科学巨著，因写于润州梦溪园而得名。以笔记体写成，共30卷。全书共十七目609条，内容涉及天文、气象、历法、数学、地质、物理、生物、化学、医药、文学、史事、音乐、美术等。其中自然科学部分总结了我国古代，特别是北宋时期科学技术成就，诸多方面有精湛研究、独到见解。5.4《梦溪笔谈》（1）磁学方面：早在春秋战国时期，我国发现磁石具有吸铁和指南的性质。沈括对指南针的使用作了多种试验。（2）光学方面：《梦溪笔谈》中有许多光学方面的观察和实验的记录及其分析。如对日蚀、月蚀的成因作了理论总结，并第一次用类比演示实验来验证月亮圆缺的科学道理。该书中除了讲凹面镜成像和针孔成像的道理。5.4《梦溪笔谈》5.4《梦溪笔谈》（3）声学方面：《梦溪笔谈》中阐述了关于乐律、古乐钟的发声、古琴的制作和传声、共鸣等声学知识，并记载了一个作者精心设计的共振实验。《草象新书》是实验物理学家赵友钦（1279—1368）所著。他在书中深入地研究了光学现象，并做了小孔成像实验，指出了小孔成像的规律。5.5《草象新书》6.其他成就徐霞客（1586－1641），生于江苏江阴22岁起游历江苏、浙江、山西、河北、山东、河南、安徽、江西、福建、陕西、广东、广西、湖南、湖北、贵州、云南16省，北京、天津、上海3地，写成《徐霞客游记》，记载所到之处的山川地貌、物产风情6.其他成就宋应星（1587－？），江西奉新人47岁开始编写《天工开物》，3年乃成，分上中下三部分共18卷，包括农作物栽培、农产品加工、制盐、制糖、陶瓷、冶炼、养蚕、纺织、染色、造纸等，是一部手工业生产技术的百科全书六、西学东渐意大利人利马窦（1552－1610），1583年来华，与徐光启合作译《几何原本》前6卷比利时人南怀仁（1623－1688），1659年来华，主持皇家天文历法工作德国人汤若望（1591－1666），1662年来华，引入光学知识和望远镜的制造原理和技术传教士带来的科学并未被中国化，只有有限的高度选择的引进，带来了西方的科学技术：自鸣钟、比例规、地球仪、世界地图利玛窦：学术传教

《几何原本》（1607年）

“我在中国利用世界中医药学地图、钟表、地球仪和其他著作，教导中国人，被他们视为世界上最伟大的数学家；······所以，我建议，如果能派一位天文学者来北京，可以那我们的历法由我译为中文，这件事对我并不难，这样我们会更获得中国人的尊敬。”——《利玛窦书信集》

对待西学的态度之一：

“中西会通”

“欲求超胜，必须会通；会通之前，必须翻译。”——徐光启对待西学的态度之二：

排斥抵制“宁可使中夏无好历法，不可使中夏有西洋人。”—杨光先对待西学态度之三：

“西学中源”“万历之时，中土化洽，太西儒来，脟（pao）豆合图，其理顿显。胶常见者骇以为异，不知其皆圣人之已言也。”——（明）方以智 “西洋算法亦善，原系中国算法，彼称为阿尔巴朱尔—阿尔巴朱尔者，自东方之谓也。”——康熙与赵洪燮论数（1711年）

六、西学东渐“论者以古法今法(即西法)之不同，深不知历原出自中国，传及于极西，西人守之不失，测量不已，岁岁增修，所以得其差分之疏密，非有他术也。其各色条目虽有不同，实无关于历原。”

——康熙：《御制三角形推算法论》康熙帝与路易十四、彼得大帝比较:康熙帝即清圣祖爱新觉罗·玄烨（1654-1722），是中国在时间最长的皇帝,也是热爱自然科学、很有作为的一位皇帝。当他接触到西方科学的时候,便请西方耶苏会士先将科学书籍译成满文和汉文，再到宫中讲学。康熙学过欧几里得几何学、测量、天文、物理、化学、解剖学、医学和哲学,在宫中设立了化学与药学的实验室。在康熙的领导下,西方传教士与与中国学者合作,颁行了《康熙永年历》，编著了《数理精蕴》等著作,完成了全国地图的测绘,还在修拦水坝时亲自用仪器进行丈量，测定方向。但对近代科学的作用也仅限于于此，他推崇程朱理学,维护科举制,主张广设义学，却依然倡导读四书五经。因此,康熙帝和他同时代的法王路易十四、俄国沙皇彼得大帝等倡导科学技术及其社会作用的西方帝王君主无法比拟。这就是清代中国的“康熙现象”。这种君王个人喜好科学却未能使科学产生社会影响的现象,还发生在康熙帝之孙乾隆帝身上,这确实发人深思。康熙帝、乾隆帝、路易十四、彼得大帝等帝王的不同作为,再一次引出英雄与时势、个人与社会关系的老话题。所谓康乾盛世不过是中国由盛而衰的转折点。康熙在位时期,正是西方发生第一次科学革命,并且自然科学开始全面变革的黄金时代,而西方科学又源源不断地向世界和中国传播。较英国落后的欧洲大陆国家相继走上中兴之路。同康熙幼年8岁即位相似,法王路易十四(1638-1715)是5岁即位,1661年亲政后实行君主专制统治,但推行重商主义,扶植手工工场,鼓励资本主义工商业发展,其间还建立了皇家科学院,倡导学习和应用英国先进的科学技术,这虽然引发了后来法国思想解放的启蒙运动并导致封建王朝自身的覆灭,却为法国继英国之后成为世界科学活动中心(1780-1840)打下了基础。当康熙帝在深宫学习西方科学之时,同时代的俄国沙皇