第五节 科技发展的高峰
一、三大发明的完成
（一）活字印刷术的发明
宋仁宗庆历年间（1041～1048年），布衣毕昇在唐代后期雕版印刷术被广泛应用的基础上，发明了一种更先进的活字印刷术。这种活字印刷术的基本原理与现代铅字排印方法大致相同：先用胶泥刻字，每字一印，用火将它烧坚硬。再设一块铁板，上面均匀敷以由混合松香、蜡、纸灰等配制而成的粘胶物。印刷时，先将一个铁制的框子放在铁板上，在框子中排列胶泥活字，制成一板，再用火烤铁板，等字印底下铁板上的粘胶物逐渐熔化后，随后用另一平板压在字印上。等粘胶物品再次凝固后，字印已压平粘牢，即可上墨印刷。用毕，再用火烤铁板，就可将胶泥活字拆下，毫不玷污。为提高印刷效率，毕昇采用两块铁板交替排版和使用的办法，一板在印刷时，另一板同时排字。为了排字时便利，毕昇还发明了一种能转动的圆形排字盘。字印不用时，装在木格子里，按韵分类，并用标签注明。毕昇所发明的泥活字印刷术，是世界上最早的活字印刷，是印刷史上一项划时代的技术创新，是我国古代劳动人民对世界文明的重大贡献。
（二）指南针的广泛应用
指南针又叫“罗盘针”，是利用磁极的物理性来确定方向的工具。我国最早的指南针传说是由黄帝所造的“司南”。北宋时期，人们已经掌握了利用天然磁石进行人工磁化的技术，并用以制造指南针。当时装置磁针的方法有四种：一是将磁针穿在灯心草上浮于水面；二是将磁针放在指甲上；三是将磁针放在碗边；四是用蜡将磁针粘在丝线上挂起来。经过比较，当时著名科学家沈括认为第四种“缕悬法”最为完善。此外，沈括还根据自己亲身观察的结果，发现了磁针所指的方向正南稍偏东的现象。这是世界上关于地磁偏角的最早记载。改进的指南针，在宋代得到普遍的使用。据记载，至迟在北宋末年，人们航海时已经开始使用指南针了。在南宋时，又出现了将指南针安装到刻有度数和方位的圆盘上的罗盘针。它对海上交通的发展和中外经济文化的交流作出了重大贡献。
（三）火药和火器的发展
火药是我国古代的四大发明之一。到宋代，随着采矿、冶金等手工业部门的发展和宋朝与辽、夏、金战争的频繁，火药与火器的制造技术也提高到了一个新的水平。当时北宋的官设手工业中军器监有专制火药的作坊。宋仁宗时，曾公亮、丁度等人奉命编写的《武经总要》中，记载了当时许多火药武器的名称和三种配制火药的方子。这三种火药配方分别是“蒺藜火球火药法”（内含10种成分）、“毒药烟球火药法”（内含13种成分）和“火炮火药法”（内含14种成分）。这是世界上最早的关于火药配方和工艺程序的记载。北宋时利用火药制造了大量的火器，常见的火器名称有火鸡、竹火鹞、铁嘴火鹞、火药鞭箭、霹雳火球、烟球等。到了南宋，还出现了管状的火器。高宗绍兴二年（1132年），军事技术专家陈规守德安时，将火药装在竹筒内点火喷射，创造了管状火器的鼻祖——火枪。理宗时，宋军和蒙古军在淮河一线作战，寿春府（今安徽寿县）的军民创造了一种名为“突火枪”的火器，这是世界上最早的原始步枪。火器发明后，在两宋时期的战争中被广泛地利用。南宋后期，火药和火器经过中亚而相继传到了欧洲，它对欧洲的经济和军事发展起到了重大作用，并且还震撼了欧洲的封建政治制度。
二、领先世界水平的医学
宋代的医学，是同时代世界上最发达和最完备的。
宋朝重视医学，政府设有各类医疗机构。宋朝设翰林医官院，掌供皇帝医药及奉诏治疗众疾。又承唐制设太医局，掌管官吏军民疾病的治疗。医院有官设的“太医院”，有的州郡（如杭州）也有医院。北宋太医院中设医科，传授医术，有弟子300人。分为大方脉、小方脉、风科、眼科、产科、针灸科、金镕科、口齿咽喉科、疮肿科、折伤科等九科。
宋代，中国医药学进入一个全面发展的阶段。制药有官设的“药局”。药局中保存了许多经验良方，现在中医眼科通用的“石解夜光丸”就是按药局方所制。沈括和苏轼所收的《苏沈良方》中就有不少是药局的方子。
宋代朝野汇编本草、医方成风。根据《宋史·艺文志》和《嵌文总目》等记载，宋代的医学著作有500余种。由此一项，亦可见宋代医学的发达。在众多的本草著作中，首先值得注意的是由北宋名医唐慎微编纂的《政和经史证类备用本草》一书。唐慎微医术精湛，尤其对经方研究有很深的造诣。他利用行医治病的机会，广泛收集资料，于其晚年完成了这部本草学巨著。全书约60余万字，收录药物1700多种。书中除收录了宋以前诸家本草的主要内容外，又采用了古今单方，并结合百家中有关的药物，将本草与医方结合，以方证药，从而使本草学面貌一新。
南宋宁宗时宋慈的《洗冤录》，将医学原理应用于刑法的检验。宋慈（1186～1249年），字惠文，建阳（今福建建阳）人，曾四任提刑。根据多年检验工作的实践，并博览《内恕录》等多种法医学书籍，著《洗冤录》5卷。该书卷一为条令、总述，卷二专述验尸，卷三至卷五专述各种伤、死情况。其内容包括了法医学的各个主要方面，如现场检查、尸体现象、尸体检查、各种死伤鉴别等，涉及生理、解剖、病因、急救等广泛的医学知识。书中提出的迎日隔伞验伤法对骨筋损伤的检验有突出的贡献。有些方法，至今仍有一定的实用价值。《洗冤录》在世界法医学史上占有重要的地位。此书是世界最早的法医学著作，它比欧洲法医学奠基人意大利的F.菲德里（FedE1i）的《医生的报告》要早350年。可惜《洗冤录》的原本久已失传，明清刊本渗入了无数仵作（旧时官府中检验命案死尸的人）的东西，也掺有一些迷信色彩。
宋代的解剖学也有了进一步的发展。当时进行了许多尸体解剖，并描绘成图，其中还有两次解剖的图谱留传下来。仁宗庆历时，吴简曾解剖尸体56具，并绘图传世。针灸术方面，王维一等总结历代经验，铸钢人，按人身体标明穴道，作教习之用。并据此著《铜人肠穴针灸因经》，成为迄今针灸医疗的主要依据。宋人在临床辨症各方面均有新的发展。南宋有陈言著《三因一极病源论》，该书认为人们得病的根源不外是气候变化，中了寒、暑、风湿和瘟疫传染，喜怒哀乐等感情的刺激以及由饮食饥饱所引起。
中医分科日益精细。唐代中医分为医科、针灸科、按摩科等，宋代则有大方脉科、风科、针灸科、小方脉科、眼科、产科、口齿咽喉科、疮肿兼折伤科等九科。比唐代增加一倍以上。(www.xing528.com)
沈括（1035～1095年），字存中，浙江钱塘（今浙江杭州）人。出身于封建官僚家庭，仁宗嘉祐八年（1063年）考中进士，神宗时曾参加过王安石变法运动。在宋代的政治、经济、军事和外交舞台上，沈括均有所建树。晚年定居润州，筑梦溪园（在今江苏镇江东郊），举平生见闻，撰写了后来闻名于世的《梦溪笔谈》一书。它反映了沈括在自然科学方面的杰出成就。
在天文历法方面，沈括是我国最早提倡阴历的人。他主张改革过去以月圆定月的陈法，改以二十四节气分月，很适合农事的需要。他还从理论上推导出冬至日昼夜一天的长度“百刻而有余”，夏至日昼夜一天的长度“不及百刻”的重要结论。熙宁七年（1075年），沈括发明“浑仪”、“浮漏”、“景表”三仪。为了改进这三种观测天文的仪器，他用3个月时间，将极星的初夜、中夜、后夜的位置画了出来，共得图200余幅，并得出北极星距离北极相差3度多的科学结论。在算术方面，沈括创造了“隙积术”，即二阶等差级数求总和的算法。另外还发明了“会圆术”，即从已知圆的直径和弓形的高度，求弓形的弦和弓形弧长的方法。沈括的这两种算法，在我国数学史上有着重要的贡献。在物理学方面，沈括对指南针的装置进行了比较、改进，还发现了地磁偏角。他指出：“常微偏东，不全南也。”他通过对凸凹镜的观察和实验，得出了光线通过小孔与焦点形成“光束”的光学原理。在化学方面，沈括的《梦溪笔谈》最早记载了“胆水炼铜法”。此外，在地理学、地质学、医学和药物学等方面，沈括也都有很大的贡献。《梦溪笔谈》是沈括一生研究成果的结晶，是我国古代人民科学经验的总结，它是人类文明史上的一朵奇葩。
李诫（约1060～1110年），字明仲，郑州管城（今郑州市）人。曾任将作监主簿，主持营建了开封不少规模巨大、华丽精巧的工程，如朱雀门、景龙门、太庙、尚书省、辟雍等，积累了丰富的建筑经验。同时，他十分注意“考究群书”，在北宋初年两浙著名的工匠喻皓《木经》（3卷，巳佚）的基础上，最终以毕生的精力，出色地完成了《营造法式》这部建筑学巨作的编撰。
《营造法式》共34卷，始编于宋神宗熙宁年间。绍圣四年（1097年）由李诫再次重新编撰，直到宋哲宗元符三年（1100年）才最后完稿，历时30余年。该书分名例、制度、功限料例、图样四部分，其中第一、二卷专门解释建筑学上通用的名词和营建中的人工、木料计算。第三卷到十五卷记载各种建筑方法。因中国古代的建筑在宋代以前以木结构为主，故这部分对木结构的斗拱和梁架结构记载最详细。第十六卷到二十八卷记载各种建筑物的人工和各种材料的计定。第二十九卷到三十四卷绘制了建筑物的各种图样和装饰。它是我国建筑史上最详尽、最全面、最系统的建筑学手册，也是世界上最早最完备的建筑学著作。它的问世，标志着我国古代建筑技术已发展到了相当高的阶段。
五、突飞猛进：陶瓷业的发展
瓷器是我国古代的重大发明之一。发展到宋代，无论是产量还是制作技术，都较前代有了很大的提高。当时烧造瓷器的窑户，遍布全国各地，所造瓷器各具特色。北宋最著名的五大名窑是定窑、汝窑、官窑、哥窑、均窑。
“定窑”是定州窑的简称，窑址在今河北省曲阳县涧磁村、燕山村等地。定窑以白瓷著称，瓷色清白，器薄而轻，造型精巧，有划花、绣花、印花三种。除白瓷之外，定窑红瓷、黑瓷也颇著名。苏轼《试院煎茶》诗有“定州花瓷琢红玉”句，对定窑红瓷十分推许。
汝窑窑址在今河南临汝。瓷色近似“雨过天晴”之天色，是宋代北方烧制青色瓷器的开端。宋代著名学者陆游在《老学庵笔记》中说：徽宗大观年间，“定器不入禁中，惟用汝器”。汝窑的上供品，据载系用玛瑙末为釉烧成，十分珍贵。汝瓷敦厚温润，纹样有蟹爪、冰裂、芝麻花等，而以无纹为最佳。金人入主中原后，汝窑一度停废。
官窑系北宋末年所设，专烧内廷用品，窑址在开封东南之陈留。官瓷土脉细润，胎薄色青，浓淡不一。其中釉色以粉青为上，淡白次之，油灰为下。纹则以冰裂、鳝血为上，梅花片墨纹次之，细碎纹为下。
哥窑以章氏兄弟两人之兄章生一命名，窑址在今浙江龙泉。兴于五代末年，后逐渐取代了越窑。哥窑的“百圾碎”皆浅白断文，冠绝当世。另弟窑章生二所烧之瓷晶莹透剔，犹如美玉，也与哥窑瓷器齐名。
均窑窑址在今河南禹县。它是北宋末年继汝窑而起的一处大型彩色瓷窑，釉色种类较多。有兔丝纹、火焰青，“红如燕支（胭脂），青若葱翠，紫若墨黑”，而色纯不杂者为上品。
除五大名窑之外，北宋有名的瓷窑还有陕西的耀州窑，河北的磁州窑，河南的唐州窑、邓州窑，安徽的宿州窑、泗州窑等。这些瓷窑的产品种类丰富，从生活用品到工艺性的玩具、文具等，一应俱全。宋瓷不仅是生活日用品，而且是精美的工艺品。
南宋的制瓷业在北宋的基础上有了进一步的发展。有的大窑占地数十亩，高20米。北方的一些官瓷因宋室的南迁也移到了南方，如临安凤凰山下的修内司官窑，所烧瓷器“极其精制，釉色亦莹澈，为当时所珍”。景德镇的制瓷业，在南宋发展更快。景德镇之瓷在当时有“饶玉”之称。另外，浙江所产传统青瓷，仍为当时上品。宋瓷在当时曾大量运销海外。《萍州可谈》记载，宋代商船出海，“货多陶器（即瓷器），大小相套无少隙地”。这说明在海外贸易中，瓷器是宋朝主要的输出商品之一。
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