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全校公选课走进中国科技史殿堂第四讲2019年4月全校公选课古代科学技术体系的形成秦汉时期一、概说二、农业、冶金、水利三、天文学、四、数学和医学五、造纸、纺织主要内容关于秦汉秦灭六国，建立了中国历史上第一个统一的帝国。继起的汉朝继承了秦的帝国体制，同时开始着手整理散佚的前代典籍，由此确立了此后绵延两千多年的中国古代科学的基本体系。秦汉科技发展的背景一．秦始皇统一中国，结束了列国纷争，首次建立了中央集权的大帝国，但他的专制政策窒息了百家争鸣的学术空气，特别是墨家从此被视为异端遭到镇压。秦朝的残暴统治及随后而来的秦末战乱，尤其是项羽的烧杀，给中国的文化事业造成空前的浩劫。二．刘邦利用推翻暴秦的农民起义，统一了中国，建立了汉朝。西汉政府与民生息，社会生产力得到恢复、发展，给科学技术的发展带来新的活力。秦汉时期科学技术概述天文学领域，盖天、浑天、宣夜三派学说（西汉时代），浑天说最终脱颖而出（作为此后两千年中国天文学基本模型），浑天仪。医学领域：《神农本草经》（全面总结战国以来药物知识）、《伤寒杂病论》（张仲景，医圣）、华佗（外科、麻沸散）数学：《九章算术》（中国历代政府最基本的数学教材）农学：《氾胜之书》（中国第一部农学专著）、牛耕、代田法、区田法……手工业和机械发明：造纸术的改进（蔡伦）、浑仪、地动仪（张衡）、水排（杜诗）请看视频《汉代的科学》农业、冶金和水利秦汉时期，中国形成了统一的大帝国，农业生产得到了空前的发展。秦以耕战立国，统一中原前就以重视农业著称。秦朝末年大乱以后，汉朝建立，由于之前的持续战争，人口稀少，国库空虚成为汉初的头等问题。因此，汉代比秦代更重视农业，不但全面继承了先秦时期传承下来的各种技术，还派专门的官员将这些经验整理出来，向全国推广。秦汉时期的农业概况秦汉时期，农具已完全铁器化，牛耕得到普及，并出现了代田法和区（读音是“欧”（ou），它的原义是掊成的坎窞）田法。汉武帝晚年任用精通农学的地方官赵过在全国推广牛耕和代田法，加速了这些先进的农业生产技术在整个中国的普及。代田法汉武帝刘彻末年，为了增加农业生产，任赵过为搜粟都尉（是协助大司农的高级农官,主要管农业收入和教导农业生产，有时大司农缺员,即由搜粟都尉兼领）。赵过把关中农民创造的代田法加以总结推广。代田法在用地养地、合理施肥、抗旱、保墒（指土壤的水分）、防倒伏、光能利用、改善田间小气侯诸方面多建树，是后世进行耕作制度改革的先驱和祖师。在代田法耕作下，产量“超出常田一解以上，善者倍之”。代田法代田法的具体耕作方法是在地里开沟作垄，将种子撒在沟里，等到苗长起来后，就将垄上的土推到沟里，培到苗的根部。第二年在前一年的垄处作沟，沟处为垄，如此轮番利用。由于代田法在每个生产周期中，垄沟和垄台互相变换了位置，而它又总是在垄沟里播种，于是就产生了轮番利用土地的效果。区田法区田法是在代田法的基础上发展而来，因为庄稼种在“区”中而得名。区田法在在代田法的基础上进一步强调深耕、密植、集中有效地供给水和肥料。汉成帝时的官员氾胜之所著的《氾胜之书》中对其有详细记载。这种精耕细作的方法能够发挥土地的最大生产能力，尤其适合用来管理荒坡、山陵等贫瘠的小块土地。牛耕与铁农具秦汉时期已较广泛使用牛耕与铁农具，人们认识到使用牛耕和铁农具是发展农业生产的关键措施。据近年考古发掘，东北至辽西，西北至甘、青、新疆一带，西南云、贵边陲，共有五六十个以上地点出土了汉代的铁农具。陕西省还有成批成组铁农具出土。种类有耕具、起土器、中耕器和收割器等，式样繁多，规格统一。反映出农具生产已标准化、系列化和商品化。西汉后期，牛耕、铁犁开始大幅度发展；到东汉年间，就已普及于广大地区。甚至一发生牛疫，就给农业生产和农民生活带来巨大影响。牛耕与铁农具汉时的铁农具与战国时相比较，有明显进步。如最重要的翻土农具犁，陕西和河南出土的部分犁铧上的铧冠，形状虽和战国时相似，但冠的铁质优于犁铧部分，说明当时的人们深知将“钢”用在刀刃上的道理。汉代开始广泛使用曲面犁壁。这在世界上是最早的。犁铧上安装犁壁，使犁耕的松土、碎土、翻土质量有了提高。汉代还出现了与近代铧式犁相似的古代铧式犁。它不仅具有较强的切土、碎土、翻土、移土的性能，且能将地面上的残茬、败叶、杂草、虫卵等掩埋于地面下，有利于消灭杂草和减轻病虫害。中耕除草的锄、收割用的铁镰，西汉后期在形制上也出现了显著变化，功效大为提高。其他新农具的出现新农具的增加是秦汉时期农具发展的又一标志。翻土农具二齿耙、三齿耙、大型犁铧都是西汉时新出现的。汉武帝时，赵过推广使用“耦犁”（“用耦犁，二牛三人”），比起“蹠耒而耕”提高工效十多倍。他还在总结劳动人民经验的基础上，发明了播种机械——耧犁，即今天北方农村仍在使用的耧车。耧车耧车是中国古代的自动播种机。用耧车播种，不但省力，而且可以通过改变前进速度来控制种子的间距。由于使用了耧车，古代中国人的播种效率比当时仍在使用手工点种或撒播法的欧洲高10倍。东汉崔寔《政论》中描述耧车“三犁共一牛，一人将之，下种挽耧，皆取备焉，日种一顷。”耧车复原模型其他新型农具的出现在河南洛阳和济源县西汉墓葬中出土的明器陶风扇车是当时已发明使用风扇车的最好物证。它已具有盛谷斗、扇轮、扇缝等主要部件。利用杠杆原理和人的身体重量作功的踏碓（duì），以及利用水流为动力“役水而舂，其利百倍”的水碓，还有灌溉用的手摇翻车，都是在两汉时期出现的。秦汉时期农具的进步，大大促进了农业生产的发展。汉陶践碓和风车1973年，在河南一座西汉晚期墓葬中出土了一只陶风车以及筛选谷物用的扬场机。这说明西汉时中国人已经懂得风力扬场法。氾胜之书据《汉书·艺文志》记载，当时的农书共有9家114卷之多。其中两家为战国时的作品，其余七家为西汉时的新作。这说明农业科学技术的总结工作受到重视。汉代的农书基本上都散失了，现存的《氾胜之书》也只是辑轶本。氾胜之是今山东曹县人,大约生活在公元前1世纪的西汉末期，汉成帝时做过御史。他总结西汉晚期特别是我国北方的农业技术,参阅有关的古书写成此书。氾胜之书《氾胜之书》，主要记载和总结了陕西关中地区劳动人民提高单位面积产量的经验和发明创造，反映了农业科学技术的新进展，对促进我国农业生产的发展，产生了深远影响。《氾胜之书》总结了农业生产的六个基本环节的理论和技术问题。它把整个农作物的栽培过程，当作一个有机的整体加以研究，奠定了我国古代农书传统的作物栽培理论基础。秦汉的冶铁新技术西汉时，冶铁就已成为关系国计民生的大事。汉武帝在元狩四年（公元前119年）采取桑弘羊的建议，实行盐铁官营，一直延续了200多年。根《史记》载，当时从事冶铁的卒（服役的人）徒（被判刑的罪犯）一年就有十万以上。汉代冶铁术的进步，首先表现在采冶程序及工艺的完善化，以及炼炉、鼓风技术、耐火材料、溶剂等方面的改进。铁生沟汉代冶金遗址属于西汉中、晚期的河南巩县铁生沟汉代冶铁遗址从开矿、冶炼到制出，整套成品都有机地结合在一起。该遗址西部为冶铁区，东部为冶炼铸造厂。在遗址南面的太室山下和北面的青龙山下，还发现有汉代的采矿方井、斜井、竖井、巷道和采矿用的铁锹、铁锤等工具。1958年，专家对该遗址进行了发掘，清理出炼炉17座，以及藏铁坑、配料池、矿石和房舍等。藏铁坑有7个，存有两吨多铁块，其中最大的一块重一吨。另外，还有箭簇、剑等武器；有陶、铜、铁制的生活用具。铁生沟汉代冶金遗址从整个情况看，这里是汉代官办的一座大型工厂，做工的人员中有大量的囚犯，考古专家从铁生沟的铁器化验证明，那时中国就掌握了球磨铸铁技术。专家推测，铁生沟冶铁工厂，可能是汉武帝时开始的，一直到东汉末年，达三百年之久。从河南巩县铁生沟遗址看当时冶铸有一套完整的生产设备有藏铁坑配料池、铸铁坑、淬火坑等仅冶铸炉就有炼炉、排炉、反射炉和锻炉炒钢炉等二十余座而且有了选矿、配料、入炉、熔铁、出铁、铸造锻打等工序之分。这就使得技术的精益求精有了可能。古荥镇汉代冶铁遗址古荥镇汉代冶铁遗址南北长400米，东西宽300米，总面积为12万平方米，为河南郡铁官的一号作坊，简称“河一”，是目前世界上发现的规模最大、时间最早的冶铁遗址。在古荥镇汉代冶铁遗址的两次发掘中(1965年、1975年)，发掘出两座规模较大的汉代冶铁高炉残迹和水井、水池、船形坑、四角柱坑、陶窖等，还出土有陶制鼓风管、耐火砖和铸造铁范用的陶模，以及318件铁器、380多件陶器、8件石器，还发现10余件大铁块，最重者达23吨。古荥镇汉代冶铁遗址古荥冶铁遗址反映了我国汉代冶金技术已达到最高的黑金属冶铸技术水平。两座规模较大的炼铁高炉残迹东西并列，相隔14．5米。炉基深3米，炉缸为椭圆形，面积8.5平方米，炉壁厚1米。其中一号椭圆形竖炉容积可达50立方米，这是目前我国发现的古代容积最大的炼铁炉，日产量估计为0．5～1吨，也是当时世界上最大的高炉。而西方直到公元16世纪中叶才出现过圆形高炉，这不能不是世界冶铁史上的奇迹。从出土的318件铁器中，有犁、犁铧、铲、锄、凹型臿、臿、镢、双齿镢等农具206件，锛、凿、锤等手工工具5件，六角轴承和齿轮9件，10余件农具上有“河一”的铭文。这个作坊规模巨大，除冶炼大量生铁之外，还用生铁铸造铲、锛、镢等农具和工具，也生产大量的铁范。说明在汉代铁已经广泛应用于农业和手工业生产之中，生产力有了前所未有的发展。鼓风技术的改进炼炉的炉型扩大，与鼓风技术的改进是密切联系的。铁生沟、古荥镇等冶铁遗址均有鼓风风管出土。其中古荥镇出土的陶胎风管下侧泥层已经烧琉。经实验测定，泥层烧琉温度为1250-1280°C。就鼓风动力而言，从人力鼓风发展到畜力鼓风，如“马排”、“牛排”等，接着更有利用水力鼓风——“水排”的创造。据记载，东汉初年，南阳太守杜诗就使用水排于鼓铸，结果“用力少、见功多，百姓便之。”新型铁制品的出现至迟到西汉中期，出现了性能较白口铁更好的灰口铁，并很快被用作工程材料。灰口铸铁具有承载能力大、润滑和耐磨性能好等特点。灰口铁和其他优质铁的生产，是炼炉巨型化、鼓风设施强化以及其他技术进步的产物。炒钢技术、百炼钢炒钢技术的发明与百炼钢工艺的日益成熟，是秦汉时期钢铁技术得到重大发展的又一标志。西汉中晚期，出现了利用生铁“炒”成熟铁或不同含碳量的炒钢新技术。这在炼钢史上是一项重大突破。炒钢的原料是生铁，操作要点是把生铁加热到液态或半液态，利用鼓风或撒入精矿粉等方法，令硅、锰、碳氧化，把含碳量降低到钢和熟铁的成分范围。炒钢的产品多是低碳钢和熟铁，但是如果控制得好，也可以得到中碳钢和高碳钢。经过炒钢，在一定条件下，能够有控制地把生铁“炒”到所需要的含碳量，然后加热锻打成质量较好的钢件。东汉时期，铁兵器完全取代铜兵器，锻制农具和钢工具显著增多的情形，正炒钢技术的发明与推广有着密切联系。秦汉时期的水利技术为了灌溉和航运的需要，秦汉时期的水利工程继春秋战国以后在规模和技术上又有重大发展。灵渠是秦朝建立后修建的第一项大型水利工程，也是世界上最古老的人工运河之一，有着“世界古代水利建筑明珠”的美誉。它是秦始皇为了征伐岭南、运输士兵和补给而挖掘的。灵渠灵渠在广西壮族自治区兴安县境内，流向由东向西，将兴安县东面的海洋河（湘江源头，流向由南向北）和兴安县西面的大溶江（漓江源头，流向由北向南）相连。灵渠古称秦凿渠、零渠、陡河、兴安运河，于公元前214年凿成通航，距今已两千两百余年，仍然发挥着功用。海洋河大溶江灵渠灵渠工程主体包括铧堤、南北渠、秦堤、陡门等，完整精巧，设计巧妙，通三江、贯五岭，沟通南北水路运输，与长城南北呼应，同为世界奇观。灵渠选择在湘江和漓江相距很近的地段，这里水位相差不大，并且使运河路线迂回，来降低河床比降，平缓水势，便于行船。灵渠的设计和布局都很科学。在世界航运史上占有光辉的地位。灵渠的渠道工程非常艰巨复杂。南渠一路，都是傍山而流，途中要破掉几座拦路的山崖。尤其是在跨越分水岭，即太史庙山时，更要从几十米高的石山身上，劈开一条河道。这样的工程，在一无先进机械，二无炸药