宋元时期，让"西方望尘莫及"的重大科技成就有哪些

Answer 1

北宋东京的一次烟花表演
导入框中的烟花故事,是根据曾在北宋都城东京开封居住过的孟元老的《东京梦华录》改编的.该书记载：那时开封城里演出杂技百戏,军士们装成各种模样,手持武器和盾牌出阵对舞,“忽作一声霹雳,谓之爆仗.则蛮牌者引退,烟花大起.……或就地放烟火之类,又一声爆仗,乐部动拜新月慢曲,有面涂青绿戴面具金睛……又爆仗一声,有假面长髯、展裹绿袍靴筒如钟馗像者”.这里叙述的一千多年前的宋朝游乐场面,颇近乎西方的万圣节,人们都戴着假面具.可注意的是,当时燃放烟花爆竹已很盛行.我国科技史家潘吉星认为,这些烟花爆竹“是用固体火药为原料”制成的.本课导入框中所绘古代火箭武器,是1232年金军在开封抵御蒙古军时用的,是当时的大火箭“飞火枪”.
活字印刷的发明
北宋中期,约1041—1048年,毕升发明了活字印刷术.关于毕升的生平事迹,历史上没有记载.只有沈括在《梦溪笔谈》一书中介绍活字印刷术时,提到毕升是个“布衣”,也就是说毕升是个普通老百姓,没有做过官.下面是《梦溪笔谈·技艺》中有关毕升发明活字印刷术的记载：“庆历中(1041—1048),有布衣毕升,又为活板.其法用胶泥刻字,薄如钱唇,每字为一印,火烧令坚.先设一铁板,其上以松脂、蜡和纸灰之类冒之,欲印则以一铁范置铁板上,乃密布字印.满铁范为一板,持就火炀(yáng,熔化)之,药稍熔,则以一平板按其面,则字平如砥.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,则第二板已具,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.有寄字素无备者,旋刻之,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,兼以药相粘,不可取,不若燔(fán,烧)土,用讫再火令药熔,以手拂之,其印自落,殊不沾污.升死.其印为予群从所得,至今宝藏.”毕升的发明在当时没有得到重视,这样一位伟大的发明家,除了沈括将他的名字记载下来,在历史上再无踪迹.毕升死后,他发明的部分泥活字被沈括的晚辈所获得,才引起沈括的重视,并把这发明记录下来.中原的活字印刷技术,后来传到宁夏、新疆等地,在西夏和回鹘也都使用活字印刷.1991年宁夏出土的《吉祥遍至口和本续》西夏文木活字印本,为我国现存的最早木活字印刷品,刻于1160～1205年.
活字印刷术后来陆续传到世界各地
约在13世纪,我国活字印刷术就传入朝鲜半岛.朝鲜高丽王朝末期,已开始使用金属活字印刷,到李朝获得大发展.日本直到16世纪,才开始有活字印刷术,是壬辰(1592年)日本侵朝战争后由朝鲜传过去的.当时日本从朝鲜带回数以万计的铜活字和铸字工,从此日本有了活字刊印本.中国活字印刷传到越南更晚至19世纪.我国活字印刷术传到欧洲在15世纪,是从我国新疆沿中亚、西亚逐步传到欧洲的.1450～1455年德国谷腾堡用金属活字印出欧洲第一套《拉丁文文法》.我国科技史专家潘吉星先生指出：“谷腾堡完成其活字试验所处的时代,正是中国印刷术在欧洲传播和进一步发展的一个高潮.而在谷腾堡时代我们仍能看到中国的技术影响.”(《中国科学技术史·造纸与印刷卷》).
指南针的发明
战国时期,我国人民已经发现磁石指南北的特性,制出了“司南”.《鬼谷子·谋》记载,郑人外出采玉,带了司南以便不迷失方向；《韩非子·有度》记载,“先王立司南以端朝夕”,用司南确定准确的时间.这些说明司南在当时已在多方面得到应用.但是,由于司南是用天然磁石琢磨而成,磁性较弱,加上转动时与底盘摩擦力较大,指南效果比较差,长期未能得到广泛应用.北宋初期,人们发现了人工磁化法,用天然磁石摩擦钢针,制出指南针.关于指南针的装置方法,沈括的《梦溪笔谈·杂志一》记载约有四种：把磁针横贯灯芯浮于水上,把磁针架在碗沿上,把磁针放在指甲上,用缕丝缀住针腰挂在空中.其中以缕悬法的灵敏度最高.它的具体装置方法,是将缕丝的一端用蜡粘在磁针腰部,另一端悬在木架上,针下放一个标有方位的圆盘,静止时针便指向南北.这种悬挂型的指南针,基本上确立了近代罗盘的构造.以后,人们学会把指南针固定在方位盘里,制出了罗盘针.当时的罗盘还是水罗盘,即将磁针横贯着灯芯浮在水面上.水罗盘在南宋时已得到普遍使用.至于旱罗盘,我国到了明朝嘉靖年间(1522—1566)时才出现.
火药是由我国古代炼丹家发明的
在南北朝时,我国炼丹家陶弘景在《本草经集注》中就提到“消石”(即硝石)燃烧：“以火烧之,紫青烟起,云是真消石也.”科技史家潘吉星认为：“由于硝石和硫黄都可当药物,所以把硝、硫、炭构成的起火爆炸混合物叫作‘火药’.”9世纪写成的我国道教炼丹书籍《真元妙道要略》也有关于火药燃烧的记载：“有以硫黄雄黄合硝石并蜜烧之,焰起烧手面及烬屋舍者.”
火药用于军事
火药的重要性是在军事应用中显示出来.火药武器的应用,开始于唐朝末年.唐末和北宋的火箭,是在箭头附近装上用火药制成的燃烧物,点燃后用弓射向敌营,延烧敌人的营房、军械和人员.火炮是用抛石机把火药制成的爆炸物抛向远方,爆炸物中混有铁片一类杀伤物或致毒药物,以杀伤敌人.南宋时出现了管形火器.《宋史·兵志》记载,宋理宗开庆元年(1259年),防守寿春(今安徽寿县)的士兵发明了突火枪,“以巨竹为筒,内安子窠(kē),如烧放,焰绝然后子窠发出,如炮声,远闻百五十余步”.子窠就是原始的子弹,突火枪是世界上最早的管形火器,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”.
金军使用震天雷
1232年4月,蒙古大汗窝阔台命大将速不台率军以火器和抛石机围攻金都城开封,金守将赤盏合喜令部下以火器“震天雷”和“飞火枪”抵抗,双方展开了六昼夜激战,死伤甚巨.金人终于守住了都城.《金史》记载当时的战况说：“其守城之具有火炮名‘震天雷’者,铁罐盛药,以火点之,炮起火发,其声如雷,闻百里外,所围半亩以上,火点著铁甲皆透.……又有飞火枪,注药,以火发之,辄前烧十余步,人亦不敢进.蒙古兵惟畏此二物.”
指南针、火药传入欧洲
指南针发明以后,我国人民首先把它应用在航海事业上.南宋时候,阿拉伯商人和波斯商人,经常搭乘我国的海船往来贸易,也学会使用指南针.他们又把指南针传入欧洲.指南针的应用推动了欧洲的航海事业.
南宋时,火药传到阿拉伯；蒙古西征时,火器也传到阿拉伯.欧洲人首先是西班牙人,在13世纪后期通过阿拉伯人的著作才知道火药.14世纪初,阿拉伯国家攻打西班牙时,使用火药和火器,欧洲人于是开始接触到火药和火器,并学习制造.1326年英国开始制造铁火瓶,1338年法国开始制造装火药的铁罐,这是欧洲应用火药和火器的最早记录.
沈括
沈括(1031—1095),字存中,钱塘(今浙江杭州)人.北宋杰出的科学家.他出身于封建官僚家庭,青年时代即在沭阳(今属江苏)任主簿,大力修治沭河,灌田70万亩.宋仁宗时中进士,授职扬州司理参军,因熟悉天文学,还命其兼管司天监事,负责观测天象和修订历法,提出了与现今阳历相似的“十二气历”.宋神宗时参加过王安石变法运动,时常出京到各地察访新法实施情况,先后到过两浙、河北等地,还奉命出使过辽国.每到一地,都留心观察自然风物和风土人情,随时做记录.他由浙江雁荡山的地形,认识了水的侵蚀作用；从太行山岩石中海洋生物的遗迹,推知山东的陆地原为海洋.他博学多才,对科学、技术、文学、艺术和历史、考古等都有较深的研究.晚年,定居于润州(今江苏镇江),修筑梦溪园,举平生见闻,撰《梦溪笔谈》一书.
《梦溪笔谈》
《梦溪笔谈》是沈括集科学研究、社会考察、文史掌故以至街谈巷议、奇闻异说等,兼收并蓄写作而成的.该书完成于11世纪末.包括《梦溪笔谈》26卷,《补笔谈》3卷,《续笔谈》1卷,共30卷.全书分为故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、权智、艺术、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议共17目,609条,是一部综合性的著作.其中最有价值的是自然科学和科学技术部分,有二百多条,包括天文、历法、地理、制图、地质、气象、数学、物理、化学、水利、建筑、冶金、医药、农业、动物、植物以及武器制造等,足以反映北宋的科学水平.
郭守敬
郭守敬(1231—1316),字若思,顺德邢台(今属河北)人.元朝天文学家和水利专家.他的祖父郭荣“通五经,精于算数水利”.郭荣曾让郭守敬拜当时天文、地理专家刘秉忠为老师.郭守敬32岁那年,刘秉忠的老同学张文谦将郭守敬推荐给元世祖.元世祖召见郭守敬,郭守敬面陈发展华北水利的六项建议,每奏一项,元世祖都叹曰：“任事者如此,人不为素餐矣.”当即授提举诸路河渠.不久,郭守敬随张文谦视察宁夏一带,修复了不少古渠,提升为都水少监.
元朝初期,承用金朝的大明历.大明历的误差已很显著.至元十三年(1276年),元世祖下令由太子赞善王恂、都水监郭守敬领导,设立太史局,召集南北历官,修订新历.并且命御史中丞张文谦、枢密副使张易主管此事.王恂主要负责历法本身.郭守敬主要负责仪器和观测.郭守敬创制了近二十件天文仪器,主持了大规模的测量,他自己也作了许多观测.经过四年努力,新历告成,被命名为《授时历》,于至元十八年(1281年)颁行.就在这一年,王恂病故,当时尚有许多材料尚未整理定稿.郭守敬花了两年时间,最终写成定稿.
晚年,郭守敬又转归水利工作.至元二十七年(1291年)春,他领导整修大都至通州的运粮河,经一年多的时间,运河修通,定名通惠河.为了解决通惠河水源不足的问题,郭守敬主持修筑了白浮渠,“引北山(今北京昌平神山)白浮泉水,西折而南,经瓮山泊(今北京昆明湖),自西水门入城,环汇于积水潭”.充足的水源,保证了漕粮船只可以直接驶入大都积水潭,积水潭上出现了“舳舻蔽水”的盛极景象.
毕升
这是1959年王凤祚根据历史记载进行想象而创作的塑像,现陈列在中国历史博物馆.毕升头戴软脚幞头,身穿圆领长衫.他右手托着一块活字版,左手拿一块活字,完全沉浸于忘我的工作状态.
转轮排字
这是元代王祯发明的转轮字盘,用于分类排放活字字模.字盘为圆盘状,分为若干格,活字字模依韵排列在格内.字盘下有立轴支承,立轴固定在底座上.排版时两人合作,一人读稿,一人转动字盘,方便快捷地取出所需要的字模排入版内.印刷完毕后,将字模逐个还原格内.这一改革,既提高了拣字效率,又减轻了劳动强度.
汉朝的司南模型
司南模型是后人根据史书记载以及地下出土的汉代地盘实物制成的.司南的地盘是用青铜做成的,内圆外方,中心圆面磨得非常光滑,中心圆外依次布列八卦、天干、地支和二十八宿,共计24个方位.中心的小勺是用天然磁铁磨成的,磁铁的正极磨成长柄,勺头底部是半球面,非常光滑.使用时把磁勺放在地盘中间,用手转动勺柄,等到磁勺停下来,勺柄所指的方向就是南方.这种司南直到8世纪仍在使用.这里的司南模型是中国历史博物馆的展品.
宋朝的罗盘针模型
指南针最初的装置方法,都是以磁针为主体.在磁针的形状和装置上,人们曾做过多种试验.据沈括《梦溪笔谈》的记载,北宋时有4种不同装置的针型指南针,即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法.但人们发现,这四种装置的指南针都没有地盘,使用时不得晃动,受到很多限制.于是便将指南针和方位盘联成一体,这就出现了更便于使用的罗经盘,又称罗盘针.这是指南针发展史上的一大飞跃.我国古代有关罗盘针的记载,最早见于南宋曾三异的《因话录》一书.
南宋突火枪
1259年,宋军和蒙古军作战时,寿春府(今安徽寿县)的军民创制了以竹管为筒能发射“子窠”的突火枪.这种“子窠”,用石子和铁块制成.筒里除装“子窠”外,还装有火药.火药点燃后,产生很强的气压,将“子窠”射出.“子窠”就是原始的子弹.以后管形火器里的“子窠”又发展成为弹丸,枪弹由石弹、铅弹发展到铁弹.
元代火炮
火炮也叫火铳,是古代用金属铸造的以火药气体压力发射弹丸的管形火器.插图元代火炮是至顺三年(1332年)铸造的,现藏于北京中国历史博物馆.它重6.94公斤,长35.3厘米,炮口直径10.5厘米.炮筒中部盖面镌有“至顺三年二月十四日,绥边讨寂军,第三百号马山”等三行铭文.铜火炮是装置在木架上发射的,木架的形状似一条长板凳.将铳筒嵌装在板凳上.因为在炮筒的尾部两侧各有一个约2厘米的方孔,这样通过方孔在尾部穿一根铁栓,就可以使炮筒固定在木架上.为使火炮高低俯仰,炮筒下加垫木楔,赋予不同的射角,以求达到需要的射击距离.

Answer 2

活字印刷，