世界近代前期科技史-第21章
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个作“5”；下部5个算珠，每个作“1”。人们拨动算珠，进行加、减、乘、
除的运算，并在运算中形成一套口诀，这比笔算、筹算更加便捷，适宜于应
用，故至今天仍为商店中常见的运算工具。珠算发明以后，传至日本、朝鲜
与东南亚各国。在珠算大普及的基础上，程大位（字汝思）总结了珠算的经
验，于1592年编《算法统案》十七卷。此书除用珠算解决实际应用之外，还
最早使用珠算方法，解决开平方与立方问题，并记载了“丈量步车”，用以
测量田地。《算法统宗》出版以后，社会多有购买使用的。明末科学家李之
藻编《同文算指》，也从该书中摘录了不少应用问题。
（2）西方数学知识的传播
耶稣会教士带来的西方数学，主要是《几何原本》与《同文算指》二书。
《几何原本》原称《欧几里得原本》，为古希腊数学家欧几里德所作的名著，
被西方奉为数学经典。万历三十二年（1604年）秋，利玛窦与徐光启通力合
作，经他口授，由徐笔述译出六卷。这是西方数学名著被译成中文的第一部，
它对沟通中西文化起了重要作用。从此“几何”两字成为中国数学上的专有
名词，书中所译名词，诸如点、线、面、平行线、锐角、直角、钝角等一直
延用至今。《同文算指》是利玛窦与李之藻合作译述而成，李之藻用力尤勤。
此书把克拉维斯《实用算术概论》与程大位的《算法统宗》融为一体，是中
西数学的综合体。全书共十卷：前编二卷，论整数与分数的四则运算；通编
八卷介绍比例、比例分配、多元一次方程组、开方等。此书吸收中西之长，
全面介绍了西方的笔算方法，这对西方算法在中国的推广，起了很好的中介
作用。
5。声学与光学
（1）朱载堉的音律理论
明朝声学研究的进展引人注目。当时，当之无愧的声律大师应是皇室后
裔的朱载堉 （1536—约1610年）。他早先跟从舅父学习，后独居19年，钻
研乐律与历数，著有 《乐律全书》与《律吕正论》等书。他创造的新法密率
确定了两个相邻半音的频率比值，不仅解决了十二平均律的计算问题，还通
过实验解决了依据十二平均律的定音。他所设计的36异经管律，音高上的误
差是很小的。朱载堉在音乐史上最早用等比级数划分音律，这是对声学与音
乐的一大贡献。根据《律学新说》的序言，此理论的建立是在万历十二年（1584
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年）之前，比法国人梅森的同类发现要早52年。
（2）方以智的 《物理小识》
明末出现了一部百科全书式的著作——方以智所著《物理小识》，共12
卷。方以智是崇祯进士，明亡后出家为僧。他自幼喜好技艺，兴趣广泛。《物
理小识》是他长期观察自然现象、钻研各种自然科学知识的总结。所谓“物
理”，是探求万物之理。他认为“一切物皆气所为也”，反对“离气而言理”。
这一思想具有唯物主义色彩。他特别强调“质测”（即对客观事物的实际考
察）在科学实践中的作用，认为“通几”（对事物发展变化内在根源的探索）
是在质测中产生并得到验证的。
《物理小识》的内容广泛，包括力学、热学、磁学、光学、天文、历法、
地理、医药、饮食、金石、草木等。书中讨论了杠杆原理和螺旋原理的运用，
虹吸现象，表面张力，潮汐与月球运行的关系，地方时、时间与空间的关系，
凝固、熔解、蒸发、凝结等热学问题，以及声的发生、反复与共振，磁的磁
针指南、磁偏角等。
在光学方面，方以智对于光的小孔成像、光的反射与折射、透镜的焦点
等作了深入研究。他综合了前人的研究成果，对于晶体色散问题作了精彩的
概括。他看到人工烧制的三棱晶体与自然晶体将白光分成五色，将此与日光
照射飞泉产生的五色现象联系起来，认为这都是白光的散折。推而广之，虹
霓的彩色、日月之晕、五色云的产生，都与晶体色散是同一原理。这说明明
代末年对色散现象的本质已有较全面和深透的认识。
6。农学与水利学
明朝对于农业水利十分重视，建国之初便采取了奖励农耕与水利的各种
措施。因此，这方面的研究也取得了一定的成果。
（1）农学与农业技术
在农业实践的基础上，明末学者徐光启（1562—1633年）认真总结了农
业生产的经验，写出了农学专著《农政全书》。该书不仅重视当时老农的耕
作实践经验和前人的著述，还吸收了西方的科学技术。全书分为16卷，分农
本、田制、农事、水利、农器、树艺、蚕桑、牧养、食物、制造、营造、救
荒等12类。全书旁证博引，仅引证前人的著作即达200余种之多。徐光启强
调以农为本，破除农业生产中的保守思想，主张开拓创新。他十分重视粮食
作物的种植，尤其是红薯的栽培，在书中详细介绍了红薯育种、移栽、管理
的经验与储藏的方法。他对于棉花减产的原因作了分析，认为是由于种植太
密、土地肥力不足所造成，因此要“精揀核、早下种，深根短杆，稀料肥壅”。
这些经验至今仍可应用。
宋应星 （1587—？）的 《天工开物》一书也记载了不少作物栽培与养蚕
等方面的知识。他特别注意环境变异对作物的影响，论述了气候与作物种群
变化的关系，详细记载了品种选择、肥料施用等经验。他对浸种、育秧分栽
期作了科学论证，认为以30天分栽最为适合，并确定了秧田与本田的比例关
系公式，提出了通过人工选育、培养适应“高山可插”的新稻种的想法。宋
应星还总结出用石灰改造酸性土壤，促成土壤团粒结构的形成，用含磷的禽
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兽骨灰蘸稻秧促进秧苗生长，用砒礵作农药拌种，杀灭虫害等宝贵经验。在
养蚕方面，提出了将一化性蚕雄蛾与二化性蚕雌蛾杂交培育良种和根据蚕体
变化、行动反常、食欲不振来诊断蚕病的方法。宋应星不仅重视农业实践，
而且注意理论上的提高。他认为，由于“土脉历时代而异，种植随水土而分”
①而变异出不同的品种。即使同一品种在同一地区种植，也会因土壤肥瘦不同
和小气候的变化而结出不同果实。《天工开物》这种因地制宜发展农业的思
想，实际上反映了宋应星的进化论观点。
明朝进一步发展了“一岁数收”技术，它综合运用各种生产要素，通过
间作、套作、混作、轮作等，充分利用天时与地利，合理安排种植以增加收
获的次数。同时，由于新的航路的开辟，一些新的农作物也在此时引入中国。
玉米是16世纪经海路传入中国南方而逐步推广至北方。甘薯是福建人陈振龙
在从事海外贸易时，从吕宋带回的。烟草也在明朝中叶经过菲律宾传入我国。
在明朝，由于引进了玉米等高产作物，加上耕种技术的改进，农业产量有较
大提高。
（2）水利学与水利建设
明朝在水利建设方面取得了一定的成就，在水利建设中很注意治水与治
田的结合，以达到以水养田，以田促产的目的。同时，也很注意灌溉、泄洪
与交通运输的综合开发。
明朝水利建设的成就之一，是大运河的疏浚。由于山东境内的大运河有
些地段较高，给航行带来了困难。为了解决这一难题，明廷在永乐年间特派
工部尚书宋礼整治河道。宋礼听从汶上老人白英的建议，采取了筑坝、开河、
导泉、控湖及建闸等一系列增高水位、保证通航的措施，较好地解决了这一
难题。接着，陈瑄进一步开展河运的建设。他于永乐十三年（1415年）开淮
安城西渠20里，由管家湖至鸭城口入淮，并筑堤为■道，建四闸控制，又浚
仪正、瓜洲两港，凿徐州、吕梁二洪石滩，修昭阳湖、南旺湖长堤，开泰州
白塔河通江，作为运河过江的另一条水道。陈瑄还开控高邮湖内运渠40里，
筑堤把河与湖隔开，并从淮水至临清建节制闸47座，为运河的漕运畅通打下
基础。
在漫长的封建时代，如何治好黄河，是历朝政府的一大难题。万历年间，
潘季驯（1521—1595年）对治黄经验进行了全面认真的总结，著有《海防一
览》40卷，并测制了详细的黄河全图。他在书中提出“束水攻沙”的治河方
针，具体做法是增筑堤岸防止河水外溢，建坝减水，以堤束水，最后以水攻
沙。这一办法对于治理黄河起了良好的作用，至令仍可作为治黄的参考。他
还提出对黄河“开导上流，疏浚下流”的全面治理的方针，并取得了一定的
效果。
明朝水利建设的再一成就是盐碱地的改造。河北省东部由于水流不畅，
土壤盐碱化现象较严重。为了改造这片土地，保证京师的粮食供应，汪应蛟
在天津驻兵时，募民垦田5000亩，其中2000亩为水田，获得每亩4—5石的
好收成，这是京东种植水稻的一次很好的尝试。在明朝后期，袁黄提出了改
造盐碱地的方案，其作法是在潮水浸渍的地方，“挑沟筑岸或树立桩橛”以
阻拦潮水，然后开出土地，用小沟排水。先种“水稗”，至“斥卤既尽”时，
① 宋应星：《天工开物·谷物》。
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便种水稻。无疑，袁黄的意见是可取的。与袁黄同时的徐贞明，在1585年兼
领垦田使，受命兴修京东水利。他主张在海河上开渠灌田，下游开支河分泄
洪水，低洼淀泊留以蓄水，淀泊周围开辟圩田。他上任以后，在卢龙一带试
行，次年即得水浇田3。9万多亩。
《农政全书》亦有专章论述水利。《农政全书》记述了水利学科的发展，
总结了水利建设的一些规律，它讲究泉水、海水，河塘与泾溪的充分利用，
介绍了穿水、挖塘、建筑水库的方法。《农政全书》还吸收了《泰西水法》
的主要内容。《泰西水法》六卷，是意大利传教士熊三拔所编著，于万历四
十年 （1612年）刊行。书中论述龙尾车、玉衡车、恒升车及水库的性能和作
用等。这是第一部介绍西方水利经验的专著，经徐光启对泰西水法的大力赞
扬并吸收入《农政全书》后，西方水利学逐步对中国的水利思想与水利建设
产生影响。
7。矿冶技术
明代洪武末年，政府取消了限制民间开采铁矿的禁令，调动了民间开矿
的积极性，促进了矿冶技术的发展。从开矿、选矿、冶炼都有科学的安排，
矿冶的规模与设施在世界上属于比较先进的行列，黑色金属与有色金属产量
有很大提高，其生产规模也是前所未有的。明中叶以后，较大的铁场至少有
六七个高1丈的炼铁炉，较小的铁场也有高炉三四个。河北省武安县发掘的
明代炼铁炉高达1丈9尺，内径7尺，外径10尺。
（1）采矿
明代的采矿技术，继承和发展了传统的锥凿、鎚击、斧劈等法，还发明
了“烧爆”与“火爆”二法。“烧爆”，据一些专家的研究，是用火烧矿床
以后，再用水淋，利用热胀冷缩的规律，使矿爆裂、分解，而进行开采。至
于“火爆”采矿法，可能是利用火药爆矿技术，炸开矿床，击碎矿石，而进
行开采。据说用火爆法采矿时，“山陵震裂”、“鸟惊兽骇，若蹈汤火”，
因而人们估计只有用火药爆炸时才能产生如此巨大的爆破力与冲击力。
特别要指出的是，明朝采矿中的采煤技术有很大提高，它不仅继承了宋
代找煤、选择井位，布置井巷，支护、通风、排水等经验，而且掌握了排除
瓦斯（毒气）的技术。《天工开物》上说，当时有经验的人从地表情况测知
煤在何处，经挖井开掘至煤端时，就采取措施，防止毒气薰人。他们的办法
是“将巨竹凿去中节，尖锐其末插入炭中，其毒烟从竹中透上，人从其下施
①
钁拾取” 。他们已经懂得了瓦斯的比重轻于空气，集中于煤层上部的规律，
利用“筒引法”，把瓦斯导出矿外。同时，明人还掌握了防止塌陷的技术。
因在一座井下，煤的分布纵横交错，采煤工随着煤的分布而斫取，会形成坑
道。为了防止这些坑道坍塌，当时工人根据力学原理在基部打上木桩，上面
支上木板，以保证安全。
（2）选矿
明代选矿技术也有所发展，很多地方利用了盘选、磨矿、磁选等技术。
① 宋应星：《天工开物·燔石》。
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盘选法是利用水的力量，淘汰杂质，选出精矿石。把现形的铁矿石取来，
放在木盘中进行淘洗。这种淘砂的木盘是以两块梯形木板为底，两块钝角等
腰三角形木板为边组成，略似于今天的淘金斗。一些锡矿石也是用这种方法
选取。《天工开物》讲，湖南衡阳、零陵的山溪中和广西南丹州的河流中产
一种呈黑色的水锡，把它粉碎后用篾箩在河中淘洗，即可得到矿砂。
磨矿技术是：先将矿石打碎，再用臼舂成细末，然后用大桶盛水，把矿
末投入水中搅拌，搅到一定程度，一些“细粘”就浮在水面上，一些梅砂悬
浮在水中。再把细粘和梅砂用尖底淘盆进行淘洗，然后取得精矿。而沉在水
底的粗矿肉，也要用船形木盘进行选取。
磁选是用磁石的引力进行选取。明代青花料的选取就是用这一种办法。
明代王宗沐记载这种选法说：“首用锤碎，……敲青后，取其奇零琐碎碾碎，
入注水中，用磁石引杂后，真青澄定，每斤可得五、六钱。”①
（3）冶炼
在冶炼技术方面，在明代已懂得用炼焦法冶炼金属，也就是将煤炼成焦
炭，用来“煎矿煮石”。这种经过高温干馏所得到的固体产物，所含硫分、
灰分等挥发物少、热值大，用来冶炼矿石，“殊为省力”，效果特好。
在冶炼中，为了使燃料充分氧化，提高温度，一定要进行鼓风。明朝发
明了活塞式木风箱，对木扇作了重大改进。它利用活塞进行推动，使空气加
大压力，自动开闭活门，可连续供应较大的风压和风量。这不仅增加了炉内
温度，而且也使熔炉容量的扩大成为可能，使冶金的产量与质量都有很大提
高。这种活塞式木风箱的发明，也比欧洲早得多。
