走进中国科技史殿堂-第三讲

1、,走进中国科技史殿堂,第三讲,主要内容,概说：文明之路,随着西周王室的衰亡和诸侯势力的崛起，中国历史进入了春秋战国时代。这是中国文明的第一次大繁荣。 春秋时期，中国进入了铁器时代，并且在世界范围内最早发明了铸铁技术。由七雄之一的齐国编纂的考工记是中国目前所见最早的手工业技术文献。 大规模的水利兴修，显示了工程设计和施工技术的进步。楚国的芍陂、吴国的邗沟、秦国的都江堰和郑国渠，至今仍在发挥作用。 百家争鸣：专攻手工业技术的墨家、研究农业技术和探讨自然哲学的阴阳家、探索逻辑学的名家。 中国现存最早的天文、地理和医药文献也都成书于这个年代。,超级链接：春秋战国时代,东周自公元前770年周平王东迁洛邑

2、到前256年被秦所灭为止，共传25王，前后经历了515年。 东周实际上分为两个时期，以周平王元年（公元前770年）到周敬王四十四年（公元前476年）为春秋时期；因孔子改编的鲁史春秋而得名，其特点是天下权力重心由天子下移到诸侯；周元王元年到东周灭亡（公元前256年）35年后的秦始皇元年（公元前221年）为战国时期。因西汉刘向所编战国策一书而得名。 春秋战国时代跨越的年代为公元前770年公元前221年。,春秋战国时期,春秋战国时期的天文学已经从原始的定性描述向着定量化的目标前进。 数学的十进位值制和筹算制度不断得到完善 。 至战国末期，医学已经从春秋中期比较原始的理论形态发展到比较完整的内经理论体

3、系。,超级链接：春秋战国时代,西周时期，周王保持着“天下宗主”的威权，可禁止诸侯国之间互相攻击或兼并。 平王东迁以后，周王室的地位一落千丈，“天下共主”已徒具虚名，再没有控制诸侯的力量，由此历史也开始了一个列国纷争的大动荡、大分裂时期。 社会经济的迅速发展，一些被称为蛮夷戎狄的民族在中原文化的影响或民族融合的基础上很快赶了上来。中原各国也因社会经济条件不同，有的强大起来，有的衰落下去。于是，诸侯国互相兼并，大国间争夺霸主的局面出现了。,back,铁器时代,春秋战国时期，冶铁术的发明，特别是生铁冶铸和柔化技术以及块炼铁渗碳钢技术的出现，开始并加速了生产工具铁器化的进程，对社会生产力的发展产生了深

4、远的影响，并开拓了后世冶铁技术的发展道路。,back,考工记,考工记是齐国政府制定的指导、监督和考核官府手工业、工匠劳动制度的一本书， 相当于今天的行业标准，是手工业生产技术规范化的标志。 书中记述了齐国关于手工业各个工种的设计规范和制造工艺，保留有先秦大量的手工业生产技术、工艺美术资料，记载了一系列的生产管理和营建制度。 全书共7100余字，记述了木工、金工、皮革、染色、刮磨、陶瓷等六大类30个工种的内容，展现了当时手工业发达的程度，反映出当时中国所达到的科技及工艺水平。 此外，考工记还有数学、地理学、力学、声学、建筑学等多方面的知识和经验总结。,back,墨经,墨经中包含丰富的科学内容和逻

5、辑知识，显示了初始的实验科学对深化人们认识的重要作用。 墨家后学对几何学以及几何光学非常感兴趣，论述涉及许多抽象的几何定义，以及关于光的直线传播、小孔成像、球面镜与平面镜成像原理。,中国最早的天文、地理和医学文献,天文方面：甘石星经 物候学方面：夏小正 地学方面：山海经、禹贡 医学方面：黄帝内经已被证明最迟成书于这个时代。 算术：中国珠算鼻祖筹算技术最迟在这个时期已出现。,铁器时代的开端：冶金技术,春秋战国时代最具有里程碑意义的技术莫过于制铁技术的成熟。 春秋战国时期是中国铁器时代的开端，先进的铸铁技术是中国铁器时代明显区别于西方的最重要特征。 另一方面，中国的青铜器铸造技术在春秋战国时期也臻

6、于极致。 当时不但能够铸造出纹饰和器形极尽复杂的作品，而且根据不同的用途发展出了6种不同的青铜合金配方，即所谓“六齐之术”。,春秋战国时期的青铜技术,春秋战国时期青铜冶炼技术仍然在继续发展。这一时期涌现出大量器薄形巧、纹饰纤细二清晰的青铜器。 铸造工艺也从较为单一的范铸转变为使用浑铸、分铸、锡焊、铜焊等多种工艺。 莲鹤方壶（春秋中期） 大型曾侯乙墓编钟、铜尊盘（战国早期） 战国青铜剑（干将、莫邪）,莲鹤方壶,青铜器, 1923年河南新郑李家园出土 。 现一件藏于北京故宫博物院青铜馆，另一件藏于河南博物院。 通高126厘米，口长30.5厘米，口宽24.9厘米。壶上有冠盖，器身长颈、垂腹、圈足。该

7、壶造型宏伟气派，装饰典雅华美。壶冠呈双层盛开的莲瓣形，中间平盖上立一展翅欲飞之鹤；壶颈两侧用附壁回首之龙形怪兽为耳；器身满饰蟠螭纹，腹部四角各攀附一立体小兽，圈足下有两个侧首吐舌的卷尾兽，倾其全力承托重器，张口咋舌，更托青铜器的威严之感。其构思新颖，设计巧妙，融清新活泼和凝重神秘为一体。,曾侯乙墓铜尊盘,曾侯乙尊盘是春秋战国时期最复杂、最精美的青铜器件，1978年在湖北曾侯乙墓中出土。 曾侯乙尊盘装饰纷繁复杂，铜尊上是用34个部件，经过56处铸接、焊接而连成一体，尊体上装饰着28条蟠龙和32条蟠螭，铜盘盘体上共装饰了56条蟠龙和48条蟠螭，尊颈部和盘内底刻有“曾侯乙作持用终”7字铭文。说明是曾

8、侯乙生前用器。,曾侯乙墓铜尊盘,该墓属公元前433年或稍后，因此两器的时代为战国早期。 尊是古代的一种盛酒器，盘则是水器，曾侯乙尊盘融尊盘于一体，出土时尊置于盘上拆开来是两件器物，极其别致。尊敞口，呈喇叭状，宽厚的外沿翻折，下垂，上饰玲珑剔透的蟠虺透空花纹，形似朵朵云彩上下叠置。盘直壁平底，四龙形蹄足口沿上附有四只方耳，皆饰蟠虺纹，与尊口风格相同。 尊与盘精美细腻的镂孔附饰，玲珑剔透，精巧华丽。其铸造上的高度技巧，有着鬼斧神工之妙。尊盘通体用陶范浑铸而成，尊足等附件为另行铸造，然后用铅锡合金与尊体焊在一起。尊颈附饰是由繁复而有序的镂空纹样构成，属于熔模铸件。由此可知，早在公元前5世纪，失蜡铸造

9、法在中国已有很高的技艺。,曾侯乙墓编钟,共 64 件，其中钮钟 19 件，甬钟 45 件。此外另有楚惠王五十六年（前 433）制镈钟一件。最大一件甬钟通高 154.4 厘米，重 203.6 公斤。编钟以大小和音高为序编排，分别悬挂在钟架上。钟架为铜木结构，分上、中、下三层，呈曲尺形。钮钟全部悬挂在上层，甬钟挂在中、下层，镈钟挂在下层右面甬钟中间。木质梁架上满饰黑漆彩绘花纹，两端都套有浮雕和透雕的青铜套，起着装饰和加固的作用。钟架十分坚固，承受重达 2500余公斤的全套编钟，历时 2000 多年，出土时仍矗立如故。,中国古代的铸铁技术,铸铁是中国人对铁器时代的独特贡献。和西方相比，中国的铁器时代

10、迟到了三四百年，但使用铸铁技术却比西方早2000多年。 在中国，铸铁技术与块冶炼技术几乎是同时出现的。中国冶铁技术的这一独特发展路径令中外冶金史专家百思不得其解。 江苏六合程桥吴墓中曾出土了同属于春秋晚期的快炼铁制品和铸铁制品。 现代所知的早期铸铁器件如江苏六合铁丸、湖南长沙铁、铁鼎等，其年代都在公元前6世纪左右，这与左转昭公二十九年(公元前 513)“赋晋国一鼓铁以铸刑鼎”的记载是相符合的。,超级链接：块炼铁和铸铁,人类最早使用的铁器是由陨石带到地球上来的天然陨铁制造的。 在西方，大约公元前1000年前后已出现了块炼铁，即将铁矿石放在炭火中反复加热和捶打，将矿石中的铁元素还原出来制成块状铁。

11、 在古代欧洲，利用块炼铁技术，可以得到纯度很高的熟铁，并且能够通过对熟铁的再加工得到质量很高的钢材。,铸铁是将铁矿石和焦炭（在古代一度曾用木炭）一起放进熔炉里煅烧，让炉温提高到铁的熔点以上。这时，矿石中的铁会被还原成液态的铁水。人们再将铁水引出，铸成铁锭或直接铸成所需的器形。 铸铁的优势是省工省力，便于大规模生产。 在西方，直到18、19世纪，才出现铸铁技术。,超级链接：块炼铁和铸铁,战国铸铁范,用泥范和陶范铸造金属器具的工艺在中国出现得很早。但泥范和陶范一般只能使用一次。 铸铁技术出现以后，可以多次使用的铸铁范代替了陶范和泥范，逐渐成为主流。 考古学家曾在河北兴隆的燕国遗址中发现了成批的铸铁

12、范，说明铁范铸造工艺在战国晚期已相当成熟。同时，这些铁范本身也是质量很高的铸铁制品。,春秋铜柄铁剑,1957年甘肃省灵台县景家庄出土。 此剑柄镡相连,皆用青铜铸成,两面有对称纹饰,柄中部有长形镂孔4个,柄长85厘米,镡长4厘米,厚0.4厘米。剑叶铁质,残长9厘米,宽3厘米,厚0.3厘米,焊接于铜镡上。 铁剑叶全部锈蚀,从铁锈上可以清楚看出用丝织物包裹的痕迹。 这是中国迄今发掘出土的最早的人工冶铁制品之一,证明至迟在春秋早期,中国已经掌握了冶炼生铁的先进技术。,春秋战国冶铁技术大事记,秦景公（公元前537年去世）墓中出土了十多件铁制农具，铁质精良。说明当时秦国的冶铁技术已经比较成熟。 公元前51

13、4-前496年，吴王阖闾时，吴国工匠已能用“铁精”铸成利刃。 大约公元前5世纪上半叶（春秋晚期），铸铁器物已有较为广泛的使用。这一时期的铸铁器物在各地多有出土。,春秋战国冶铁技术大事记,公元前4世纪，河北兴隆燕国铸铁遗址出土大量铸铁范和形制相同的锄、斧等铸铁制品，说明当时已批量生产铸铁器。 公元前311-前279年，战国燕昭王在位期间，已出现淬火处理的钢制兵器。 战国早期出现的生铁柔化技术是冶铁史上的又一个重要进步。考古证据表明，当时已可以通过不同的退火处理方式生产具有不同机械性能的白心韧性铸铁和黑心韧性铸铁，并用于不同工具的制造。,生铁柔化,生铁的优点是硬度高，耐磨损。但韧性较差，性脆易折，

14、容易断裂。只适宜制作对强度和韧性要求不高的农具和工具。 为了增加生铁的韧性，就要对生铁进行一些加工，称为“柔化”。在高温下将铸铁件长时间进行加热，使其化合碳发生变化，就可以改变它的材质和性能。,生铁柔化,按照热处理条件的不同，铸铁柔化处理技术又可以分为两种工艺： 一种是在氧化环境下对铸铁件进行高温退火，使生铁脱碳，由此得到的韧性铸铁断口呈白色，故称白心韧性铸铁； 另一种是在中性或弱氧化气氛下，对铸铁件进行长时间高温退火处理，这时，生铁中的碳不会流失，但是会析出碳单质，夹杂在生铁组织中。由此得到的铸铁断口呈灰黑色，故名黑心韧性铸铁。 白心韧性铸铁性能略差，黑心韧性铸铁被广泛使用于弹簧支架、阀门、

15、扳手等器件的制造。,农业和水利,春秋战国时期，西周的井田制逐渐破坏，而后统治中国2000多年的以家庭为基础的小农经济逐渐发展起来。 与之相适应，为了最大限度地开发地理，农业的精耕细作传统在此时逐步形成。 铁质农具的推广 水利灌溉技术的发展 轮作制度,铁犁铧,随着冶铁技术的成熟，到战国时期，铁质农具逐渐得到普及。 在辽宁抚顺莲花堡燕国遗址出土的农具中，铁质农具已占85%以上，说明铁农具在当时的农业生产中已取得主导地位。,吕氏春秋的农学思想和理论,战国时期，作为新生产关系的体现者地主阶级，认识到发展农业生产的重要性，提出了“上（尚）农”的理论，推行以农业为本、工商为末的“崇本抑末”政策。战国末期秦

16、相吕不韦（约公元前290-前235年）率门客编纂的吕氏春秋是我国现存最早的农学论文。 吕氏春秋中的上农、任地、辩土、审时四篇，是专讲农业的 。这四篇虽不是独立的专门农书，但是它们联成一个体系，已经是一套完整的论文。其中已经提到根据土壤结构和墒情安排耕地的先后次序和耕地深度、合理密植、轮作制度等重要的农学原则。（“盖先秦农家言之精华也。” ）,吕氏春秋的农学思想和理论,上农篇中提出了重农理论。 任地、辩土、审时三篇是专讲农业技术的。 任地讲利用土地的原则，土地的利用就是通过劳动来改良土壤的性质，使它适于耕种。 辩土是讲使用土地，就是以人力来改变土壤的现状，对任地篇所提出要求的事，作了具体回答。

17、审时篇讨论耕作及时不及时对农作物各方面、特别是对子粒性质的影响。 任地等三篇包含着农业生产方面丰富的辩证法思想，总结了先秦劳动人民的农业生产经验，反映了春秋战国时期农业科学技术水平。,采桑养蚕,采桑养蚕在春秋战国时期已成为最重要的农事活动之一。战国时期正是丝织业发展的重要阶段。 采桑的场景也频繁见诸当时的艺术作品中。正是该种社会背景，使采桑成为青铜器上的一个重要图案。 在战国时代的攻战宴乐铜壶上就有一幅用嵌错工艺嵌成的采桑图。,战国采桑宴乐射猎攻战纹铜壶,第一层右侧是一组采桑的画面，两棵茁壮的桑树上挂着篮筐，有人忙着采摘桑叶，有人接应传送。树下有一个形体较高大的人，扭腰侧胯、高扬双臂，跳起豪放

18、的劳动舞，旁边两个采桑女，面向舞者击掌伴奏。,春秋战国时期的农作物,春秋战国时期，人们认识的农作物品种进一步增多，仅在诗经里列举的植物就有140多种。 胡麻（芝麻）（诗经里称“麻”或“苴”）就是其中之一。诗经七月“九月叔苴。”（“叔”,本义是“拾取”。 ） 还有用作染料的蓼蓝（俗称蓝草。）诗经“终朝采蓝，不盈一襜 。”（襜（音搀）：系在衣服前面的围裙 ） ,春秋战国时期的灌溉技术,灌溉技术的进步是春秋战国时期农业飞跃式发展的另一个重要原因。（左传所载郑国已知排水而后耕种之事。） 在春秋末期，首次出现了大型的灌溉工程。 进入战国时代，各国都非常重视兴修水利。设有专门负责水利工程的官职。 春秋时期

19、也成为中国水利工程发展史上的第一个高潮。,李冰兴修都江堰,战国时期最著名的水利工程非都江堰莫属。它是保存至今的少数始建于中国先秦时代的打响工程之一，也是世界上现存最古老的水利工程之一。 最神奇的是，它至今仍然保持着良好的运行状态，发挥着最初的设计功能。这在世界上是绝无仅有的，堪称人类古代水利技术的活化石。 都江堰使得秦国经济得以富足，奠定了称霸的经济基础，并成为南攻强楚的政治资本。 我们来看一段视频。,郑国渠,韩国遣来水工郑国，建议秦王在陕西关中平原渭北泾水流域开凿沟通洛水，东西全长300余里，灌溉4万余顷农田的郑国渠水利灌溉工程。使得关中干旱平原成为沃野良田，粮食产量大增，直接支持了秦国统一

20、六国的战争。 郑国渠所在的渭水关中平原，于秦王政元年（公元前246年）开凿之前，农耕事业早已相当发达。 这项水利事业的经营，原是韩国为了阻止秦国入侵，而韩国当时所以会利用水利灌溉事业来打动秦王，自然也有其时代背景，此不外乎两种： 其一，当时秦国正对外战争，在军事财力上，对农业生产量的增加有迫切的需要，当时关中平原的农业生产因气候干燥、雨量稀少而无法满足需要。 其二，因李冰治蜀与建都江大堰引水灌溉结果，成都平原的农业生产独得极大成就，使秦国对内足以安定经济，对外可以支持战争的消耗，因此，促使秦王政对关中地区经营水利灌溉事业发生了浓厚的兴趣与信心，故韩水工郑国提出开发关中平原4万余顷农田的水利灌溉

21、计划，正符合秦王的心意。虽然工程艰巨，但秦王仍乐于从事，可见秦王对此工程之重视与期待。,西门豹治水,战国初年（公元前422年），魏文侯派西门豹做邺县（故城在今河北临漳县西南）县令。 当时漳水泛滥成灾，地方官吏勾结女巫，每年将贫苦少女投入水中，称为“河伯娶妇”，借口平息水患，以愚弄人民，搜刮财物。 西门豹至邺，破除了“河伯娶妇”的迷信，动员人力开凿了十二道水渠，引漳水灌溉农田，使漳河由水害变为水利。,春秋战国时期的人工运河,除了各种灌溉工程，春秋战国时期出现了专为航运而开凿的人工运河。其中最著名的是春秋时期吴国的邗沟、战国时期魏国的鸿沟。 公元前486年，吴王夫差开邗沟，为中国最早明确记载的运河

22、。 根据文献记载，当时鸿沟已经设有水闸。,春秋战国时期的机械和物理,春秋战国时期也是手工业技术、尤其是机械技术繁荣的时代。分工的细密化和技术的规范化与科学话成为这一时期手工业发展的突出特点。 传说中神乎其技的能工巧匠公输班就生活在这一时期。 更可贵的是，那时的人们在致力于技术革新的同时，也开始总结和思考技术中涉及的自然界的普遍规律。这方面的佼佼者莫过于以墨子为代表的墨家。,墨子,墨子（公元前468-前376年），名翟，生活于战国初年。墨子是中国古代少有的将技术和自然科学知识作为严肃的学术对待的学者。他和弟子在先秦时期创立了以几何学、物理学、光学为突出成就的一整套科学理论。墨家研究的成果大多记录

23、在墨子中，是中国科学史上最光辉的成就之一。 墨子出身于工匠，精通手工技艺，可与当时的巧匠公输般（俗称 鲁班）相比，墨子擅长防守城池，据说他制作守城器械的本领比公输班还要高明。 墨学在当时影响很大，与儒家并称“显学”，在当时的百家争鸣，有“非儒即墨”之称。 墨子死后，墨家分为相里氏之墨、相夫氏之墨、邓陵氏之墨三个学派。,墨子,墨子在自然科学方面的学生主要记录在墨子的经上、经下、经说上、经说下四篇中，其中记载并讨论了包括小孔成像、杠杆、浮力等在内的很多重要物理问题。,公输般,公输般，春秋战国时期最有名的工匠。因为出生鲁国，又称鲁班。 公输般在机械、土木、手工工艺等方面有所发明。相传木工师傅们用的手

24、工工具，如锯、钻、刨子、铲子、曲尺，划线用的墨斗，都是他发明的。此外还有雨伞、云梯、能够持续飞行3天的木鸟等用具和各种奇妙机械。 我国的土木工匠们都尊称他为祖师。,齐国战车,造车是技术最复杂、综合性最强的手工业劳动之一。中国在商代已经有了发达的造车制度。 到战国时期，考工记中已经记载了一套完整的官府造车工艺及规范，提出了一系列技术准则，并对这些技术参数如何影响车辆的性能进行了细致的讨论。,司南,战国末期，出现了关于“司南”的记载。 司南是一种指示方向的工具。 用天然磁铁矿石琢成一个杓形的 东西，放在一个光滑的盘上，盘上刻着方位，利用磁铁指南的作用，可以辨别方向，是现在所用指南针的始祖。,战国商

25、鞅铜方升,为战国中期的青铜器，斗呈长方形，直壁，后有长方形柄，高2.32厘米，通长18.7厘米 ，容积202.15毫升。 方升外侧有铭文三十二字，记载秦孝公十八年（公元前344年），大良造“鞅”颁布标准计量器，以十六寸五分之一立方寸为一升。“大良造鞅”就是商鞅。故而这件器物被命名为商鞅方升。,商鞅铜方升,方升底部加刻秦始皇二十六年诏书，证明秦始皇统一中国后，仍以商鞅所规定的制度和标准统一全国的度量衡。 这说明早在公元前三百多年已经运用“以度审容”的科学方法，反映了我国古代劳动人民在数字运算和器械制造等方面所取得的高度成就。,战国时代的天平,1981年在长沙发掘出的一架战国时代的天平和砝码，做得

26、很精细，大小跟现在我们做实验用的差不多，木制的横梁长27厘米，横梁中点拴丝线提纽，离开横梁两端各0.7厘米处，用丝线各系了一个直径是4厘米的铜盘，砝码共有9个，最大的12.5克，最小的只有0.6克。当时的称量已经相当精确了。,桔槔提水,桔槔(ji go )是我国古代劳动人民在生产实践中发明创造的一种提水工具。 它是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，当中是支点，末端悬挂一个重物，前段悬挂水桶。当人把水桶放入水中打满水以后，由于杠杆末端的重力作用，便能轻易把水提拉至所需处。,桔槔,桔槔早在春秋时期就已相当普遍，而且延续了几千年，是中国农村历代通用的旧式提水器具 。 庄子一书记载：孔子的弟子贡路

27、过汉阴，向一老农介绍说：“有一种汲水的器械用力小，功效大，可日灌四百畦”。他介绍的就是这种名叫桔槔的汲水器具。,春秋战国时期机械物理大事记,公元前514-前484年，伍子胥为吴王组建水军，建造大翼、小翼、突冒等多种型号战船。吴王设立的“船官”为中国最早的专业造船机构之一。 公元前545-前501年，邓析（春秋末期郑国大夫，与子产同时，名家学派的先驱人物）对用杠杆原理取水的机械桔槔的结构和使用方法进行了全面描述。 春秋末年，齐人作考工记，为中国最早的手工业专门文献。 公元前476年，中国已有指南针司南。 ,春秋战国时期的其他自然知识,春秋战国时期的“百家争鸣”带来了中国学术的第一次全面繁荣。中国古代的天、算、医、农等自然科学门类也在这一潮流的推动纷纷开宗立派，商周以来积累下来的各种自然科学知识首次得到系统的整理。 今天能够见到的中国的医书、算书、星表、地理著作等都成书于春秋战国时期。,甘石星经,在长期观测天象的基础上，战国时期出人甘德、魏人石申各写出一部天文学著作。后人把这两部著作合起来，称为甘石星经。 1.书中详细记载了五星之运行情况，以及它们的出没规律。 2.书中记录800多