第六章第1节中国古代科学奇才——沈括讲稿

PAGE

PAGE 6

第六章第1节《中国古代的科学奇才——沈括》讲稿

教学要求：

一．了解沈括生平的重大事件，理解沈括的科技思想。

二．培养学生的总结能力，能够从人物的个例事件了解人物的思想人生。

三．通过学习，培养学生的创新意识及科学意识。

大家好，今天我们一起来学习第六章第1节《中国古代的科学奇才——沈括》

（出示：李约瑟）图上这个人物叫做李约瑟，英国伦敦人。著名科学技术史专家、生物化学专家、汉学家，英国剑桥大学李约瑟研究所名誉所长，也是个中国通。（出示：书本）这是他的代表著作——《中国科学技术史》。这是世界上研究中国科技史最完备、最深刻、最具特色的一部里程碑式的著作。在书中，李约瑟对中国的一位古人有这样一句评价：“中国整部科学史中最卓越的人物”。那么这个古人到底是谁呢？他又何以得到如此高的评价呢？下面就让我们走近这位科学奇才——沈括。

一．初露才华

（出示：沈括）沈括，字存中，公元1031年出生在钱塘（今浙江杭州）。沈家世代为官，沈括从小就跟随在外作官的父亲四处奔波，母亲许氏，是一个有文化教养的妇女。沈括自幼勤奋好读，在母亲的指导下，十四岁就读完了家中的藏书。他跟随父亲到过福建泉州、江苏润州（今镇江）、四川简州（今简阳）和京城开封等地，饱览了华夏大好河山和风俗民情，视野和见识都比一般同龄孩子开阔得多，兴趣爱好也广泛得多。日月星辰、山川树木、花草鱼虫，没有他不喜欢琢磨的。同时有机会接触社会，对当时人民的生活和生产情况有所了解，增长了不少见闻，也显示出了超人的才智。

传说，有一次小沈括给母亲许氏背诵白居易的一首诗。当背到“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”一句时，突然半日沉默不语。许氏出身士大夫家庭，性情温柔，知书达理，对于儿子凡事总好刨根问底的脾气，早已十分熟悉。她见儿子又犯了犟劲，只是笑了笑，递给他一件外衣，嘱咐道：“别背了，今儿天气这么好，邀几个小伙伴到城外山上转转去吧。山上风大天凉，把这件衣服带上。”当时，正是四月暮春天气，庭院中的桃花纷纷谢落，已是“绿肥红瘦”，然而当小沈括和孩子们爬上城郊的山峰时，那满山遍野的桃花却开得正艳，好似一片红霞。沈括抚着一枝桃花，呆呆地嘟哝着：“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开?”猛地一阵山风吹过，他不由得打了个寒噤，脑子里蓦然闪出母亲的话：“山上风大天凉？”沈括一下子明白了：山上与山下，温度有所差别，所以植物生长的情况也不同。白居易写的没错儿！

二．主持司天监

公元1061年，沈括出任宁国（今安徽宁国）县令，开始走上仕途。公元1072年，沈括被任命负责领导司天监。（出示：司天监）司天监是中国古代掌管天文历法的长官。唐朝起官署称司天台；五代及北宋元丰改制前官署称司天监，主官称监。

可见，这是一个业务性很强的部门，没有专业知识是不能胜任的，但事实上司天监一直被一些既无书本知识，又不会实际观测的“市井庸贩”所把持。沈括上任伊始，就开始进行整顿。沈括不俱权贵，先后罢免了六名不学无术的旧历官；不计出身，破格推荐精通天文历算、出身平民的淮南人卫朴进入司天监，主持修订新历的重要工作。

（出示：卫朴）这就是卫朴。中国北宋天文学家，数学家，安徽淮南人，平民出身。从小酷爱天文和数学，由于家境贫寒，白天只得从事劳动以维持家庭生计，晚上读书。久而久之，昏暗的油灯严重的损害了他的视力，致使卫朴在30多岁时就双目失明。沈括在在江浙一带考察时发现了这位通历法、精算的盲人卫朴，后举荐卫朴入司天监。当时一些世袭的历官，瞧不起这位出身平贱的盲人，故意从中阻挠，沈括力排众议，让卫朴主持修订历法。

沈括和卫朴治学态度认真，对旧历官凭借演算凑数的修历方法非常不满，主张从观测天象入手，以实测结果作为修订历法的根据。进行实测就必须要有精确的观象仪器，沈括按照严谨的程序对旧机器进行检测，发现大多“疏谬不可用”，必须改造。他先制定出改造方案，再试制出小的模型。一切经过实验，做到心中有数后，才正式开始制作。一年后，一套全新的观象仪器——“浑仪”、“浮漏”、“影表”制作成功。

（出示：浑仪）这就是浑仪，是测量天体方位的仪器。原来的浑仪结构十分复杂，使用起来很不方便。沈括对浑仪作了比较多的改进，为仪器的使用开辟了新的途径。后来元朝郭守敬创制的新式测天仪器——简仪，就是在这个基础上产生的。

（出示：漏壶）这是漏壶，是古代测定时刻的仪器，由几个盛水的容器装置成阶梯的形式。沈括对漏壶也进行了改进。改进后的漏壶，流水更加通畅，壶嘴也坚固耐用多了。

（出示：圭表）这是测日影的圭表，所以又叫“影表”。圭表是测定正午的日影长度以定节令，定回归年或阳历年。同时圭表还可以用来制定节令，作为指导农事活动的重要依据。

沈括在《浑仪议》、《浮漏议》和《景表议》等三篇论文中介绍了他的研究成果，详细说明改革仪器的原理，阐发了自己的天文学见解，在我国天文学史上具有重要的作用。由于有了精深的理论，又利用了准确的观测工具，公元1075年，一部全新历法《奉元历》问世。《奉元历》较之以往的历法都要更合乎实际，虽然由于守旧者的顽固反对，《奉元历》十五年后即被废止，但其影响极为深远。元代郭守敬的《授时历》就是遵照沈括的修历原则修制而成的。

后来沈括又进一步提出了用“十二气历”代替原来历法的主张。在中国传统的阴阳合历中，以太阳运动设置的节气，与以月亮运动设置的月份，两者关系不固定，存在着不可克服的矛盾。往往出现时令已进入春季，而月份还在冬季，即季节与月份不符的情况，用加闰月的方法是不得已而为之，亦无法消除这个矛盾。为解决这一问题，沈括大胆革新，创立了十二气历。

它以十二气作为一年，一年分四季，每季分孟、仲、季三个月，并且按节气定月份，立春那天算一月一日，惊蛰算二月一日，依此类推。大月三十一天，小月三十天，大小月相间，即使有“两小相并”的情况，不过一年只有一次。有“两小相并”的，一年共有三百六十五天；没有的，一年共三百六十六天。这样，每年的天数都很整齐，用不着再设闰月，四季节气都是固定的日期。至于月亮的圆缺，和寒来署往的季节无关，只要在历书上注明朔、望就行了。沈括所设计的这个历法是比较科学的，它既符合天体运行的实际，也有利于农业活动的安排。二十四节气的设置，是中国古代在历法制度中的一项独特创造。它正确地反映了一年中季节和寒暑交替的客观规律，对于指导农业生产和手工业生产有着重要的意义。

正因为《十二气历》是革命性的创新，完全否定了沿用已久的传统阴历，因此在当时是难以实行的。沈括也预见到他的这一主张必定会遭到顽固守旧派的极力阻挠，而暂时不能实行。但是，他坚信后世必然会被广泛使用。果然，19世纪英国气象局统计气候和农业生产用的《萧讷伯历》，也就是采取和沈括相同主张的一种历法，而现在世界各国采用的公历，也就是阳历，其实在分月上还不如沈括的“十二气历”合理。

三．制地图

公元1082年，是沈括仕途的一个的折点。大将军徐禧等人率领兵七万多人，攻入西夏横山地区，直逼西夏首都兴庆府（今宁夏银川）。为了消灭西夏，徐禧等人在永乐川筑永乐城（今宁夏境内）。（出示：永城）这就是永乐城遗址，筑城后不久，西夏梁氏领军三十万攻永乐城，徐禧仅以兵万人列阵城下，战败后退入城中。夏军兵围永乐城，截断流经城中的水源，沈括以及宦官李宪等人的救兵受阻。夏军终攻破永乐城，徐禧等人死难，宋军二十多万士卒役夫阵亡，史称永乐之败，沈括也因此被贬，后迁居秀州（今浙江嘉兴）。

早在被贬十年前，沈括就奉旨编绘一部新的全国地图，但繁重的政务使他一直无法全力以赴，秀州时期恰恰给了他一个机会，最终完成了这一工作。

（出示：北宋地图）这是北宋时期中国地图。可以看出，北宋王朝版图较小，周边各族土地均不属于其统辖范围，但当时人绘制地图或地理著作时，往往喜好将这些历史上曾属中央王朝所管辖的周边土地也囊括在内，虽然这是一种爱国思想的表达，但却是违反实际的，更是不科学的。沈括首先摆脱这种思想的影响，本着科学实际的原则，仅绘制当时属于宋王朝守令管辖的疆域版图，管辖不及之处均不在其内，这样就科学的体现了疆域的实际变化情况。应当说，这是绘图指导思想的一大进步。

在制图技术上，沈括在继承前人的基础上进行了创新，总结了制图七法——分率、准望、牙融、傍验、高下、方斜、迂直。改变了以往制图的“四至八到”的法定方法，设置了按方域划分的“二十四至”法来标志州县方向，从而大大提高了地图的科学性。

他还有一大创造，就是用“飞鸟图”绘制地图，使得北宋的地图越来越精确。在宋代，由于测绘技术的局限，绘制地图用的是“循路步”法，也就是沿路步行丈量，用步行得出的数据绘制地图，由于道路弯弯曲曲，山川高低错落，用“循路步”法绘制的地图与实况有很大的误差，图上差之一厘，实地就差之千米。他采用“飞鸟图” 也就是用飞鸟直达的距离，有点像现在的航空拍摄，使得地图的精确度大为提高。

经过广征博引，参考了丰富的资料，用了两年时间，终于编绘出一部二十幅的地图。其中包括全国图一幅高一点二丈，宽一丈，并附有专书说明，地方路图十八幅，命名为《守令图》又称《天下州县图》。由于正确的指导思想及先进的制图技术，《守令图》成为一套当时最为精密的、先进的、科学的地图。

但后来北宋、南宋战乱频发，《天下州县图》也毁于战火之中，成为千古遗憾。

四．著书

（出示：梦溪园）这是润州（今江苏镇江）的一处宅园，称为“梦溪园”。沈括在此渡过了他人生的最后七八年时光。他把一生研究的成果记载下来，形成了一本有关历史、文艺、科学等各种知识的笔记。这份笔记有26卷，分故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、权智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议17个门类共609条。内容涉及天文学、数学、地理、地质、物理、生物、医学和药学、军事、文学、史学、考古及音乐等学科。（出示：梦溪笔谈）这就是《梦溪笔谈》，中国科学技术史上百科全书式的著作。被李约瑟称为“中国科学史上的坐标”。

《梦溪笔谈》现存最早的版本是国家图书馆藏元大德九年（公元1305）陈仁子东山书院刻本，此本根据南宋乾道本重刻。此本曾为元明两代宫廷所藏，后散出民间，终为民国时期藏书名家陈清华所得。1965年，在周恩来总理的亲切关怀下，从寓居香港的陈清华手中斥巨资购回。2003年“中华再造善本工程”影印出版，2008年进入国务院公布的首批国家珍贵古籍名录，得到了政府的高度重视和保护。

《梦溪笔谈》主要包括三方面科技记录：（出示：第一）第一是对自然自然科学现象的记录与描述

沈括在《梦溪笔谈》中记录和描述了一系列自然现象，并进行了分析，有很多在世界上都是领先的。比如这一段：（出示：陨石）

“治平元年，常州日禺时，天有大声如雷，乃一大星，几如月，见于东南。少时而又震一声，移著西南。又一震而坠，在宜兴民许氏园中。远近皆见，火光赫然照天，许氏藩篱皆为所焚。是时火息，视地中只有一窍如杯大，极深。下视之，星在其中，荧荧然，良久渐暗，尚热不可近。又久之，发其窍，深三尺余，乃得一圆石，犹热，其大如拳，一头微锐，重亦如之。州守郑伸得之，送润州金山寺，至今匣藏，游人到则发视。王无咎为之传甚详。” 这是对常州陨石的记录，描述之完整、详尽在世界科学史上也是比较罕见的。

再如这一段：（出示：石油）

“鄜、延境内石油，旧说“高奴县出脂水”，即此也。生于水际，沙石与泉水相杂，“惘惘”而出，土人以雉尾挹之，乃采入缶中，颇似淳漆，燃之如麻，但烟甚浓，所沾帷幕皆黑。予疑其烟可用，试扫其煤以为墨，黑光如漆，松墨不及也，遂大为之。其识文为“延川石液”者是也。此物必大行于世，自予始为之。盖石油之多，生于地中无穷，不若松木有时而竭。” 这是世界上首次提出“石油”一词，也是第一次对石油形态与开采过程的记载。书中所记录的就是现在的长庆油田。

（出示：第二）第二方面是对以往科学技术的记录及见解

两宋期间是中国古代科技的总结时代，沈括在《梦溪笔谈》中对以往的科学技术进行了记录，并提出了自己的一些见解，比如（出示：指南针）

沈括在《梦溪笔谈》中留下了历史上对指南针的最早记载。不仅记载了指南针的制作方法，而且通过实验研究，总结出了四种放置指南针的的方法：把磁针横贯灯芯、架在碗沿或指甲上，以及用丝线悬挂起来。最后沈括指出使用丝线悬挂磁针的方法最好。另外，沈括在书卷二十四《杂志一》中记载：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常偏东，不全南也。”这是世界上关于地磁偏角的最早记载。西方直到公元1492年哥伦布第一次航行美洲的时候才发现了地磁偏角，比沈括的发现晚了四百年。

再如这段：（出示：活字印刷）

“……庆历中，有布衣毕升，又为活版。其法用胶泥刻字，薄如钱唇，每字为一印，火烧令坚。先设一铁版，其上以松脂腊和纸灰之类冒之。欲印则以一铁范置铁板上，乃密布字印。满铁范为一板，持就火炀之，药稍镕，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。有奇字素无备者，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，兼与药相粘，不可取。不若燔土，用讫再火令药熔，以手拂之，其印自落，殊不沾污。升死，其印为余群从所得，至今保藏。……”这是活字印刷术的记录，是独一无二的珍贵史料，正是出于这段记载，人们才活字印刷术最早是在中国发明的。

（出示：第三）第三方面是记录了作者自己的科学实验及创新

作为一位科学家，沈括本人的科学研究成果也记录在《梦溪笔谈》之中。

（出示：共振）这是沈括的一个著名实验。他剪了一个纸人，把它固定在一根弦上，弹动和该弦频率成简单整数比的弦时，它就振动使纸人跳跃，而弹其它弦时，纸人则不动。沈括把这种现象叫做“应声”。这个记载揭示了“共振”是沈括的首创。在西方，直到十五世纪，意大利人才开始做共振实验。至今，在某些国家和地区的中学物理课堂上，教师还使用这个方法给学生做关于共振现象的演示实验。

相传沈括，曾在一位转运使手下当官。在频繁的接触中，转运使发现沈括才华出众，很想把才貌双全的女儿嫁给他。正在这时，一位多嘴多舌的同僚告诉他，说近来沈括常出入酒店，回来就闭门不出，想必是醉得人事不省，在蒙头大睡哩。转运使听后心中十分不悦，便径直闯入沈括住处。推开门一看，那沈括正在摆弄桌上摞起来的酒杯。见转运使大驾光临，沈括忙让座倒茶，并把这些天的发现对上司娓娓道来。原来，酒店里常把酒桶堆成长方台形体，从底层向上，逐层长宽各减一个，看上去四个侧面都是斜的，中间自然形成空隙，这在数学上称为“隙积”。数学上又把计算中间空隙的体积的方法，叫做“隙积术”。（出示：隙积术）这幅是隙积术示意图。沈括苦思冥想，就是在研究“隙积术”。转运使听罢，这才转怒为喜。没多久，沈括便成了转运使的乘龙快婿。沈括是历史上第一个发明“隙积术”的人。

在理论上，沈括对数的本质的认识也很深刻，指出：“大凡物有定形，形有真数。”显然他否定了数的神秘性，而肯定了数与物的关系。日本数学家山上义夫评价说： “沈括这样的人物，在全世界数学史上找不到，唯有中国出了这样一个。我把沈括称做中国数学家的模范人物或理想人物，是很恰当的。”

纵观沈括一生，他善于从书本中汲取前人的知识，更善于从科学实验中发现规律和以实验证其结论。（出示：宋史）《宋史·沈括传》中称“博学善文，于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算无所不通，皆有所论著。”“凡所至之处，莫不探究，或医师，或里巷，或小人，以至士大夫之家，山林隐者，无不访求。”由此可以看到，沈括为我们留下的不仅仅是宝贵的科学遗产，还有更珍贵的科学精神。

好，本节课就上到这里，谢谢！

•  下载文档
•  收藏
•  分享 赏
•  0