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第12章 科技(11)

唐代太医署医学教育的课程安排和专业设置是相当先进和完备的。课程设置有基础理论课,读《内经》、《神农本草经》、《针经》、《脉诀》、《甲乙经》,同时学习临证各科,也学药物栽培和识别。以医科为例,医学生入学后,经过基本理论课程的学习,便分专业进行专门技能的训练。据《唐六典》载:“诸生既读诸经,乃分业教习。率二十人,以十一入学体疗,三人学疮肿,三人学少小,二人学耳目口齿,一人学角法。体疗者七年成,少小及疮肿五年,耳目口齿之疾并角法二年成”。“体疗”相当于内科及妇科,“疮肿”即外科,“少小”为儿科,“耳目口齿”属五官科,“角法”类似于拔火罐之类的特殊疗法。从上述引文可以看出,其专业设置、生员人数及学习年限,都根据临床需要和学习的难易程度考虑,充分体现了教学计划的严谨和合理。

唐代太医署的考试制度同样很严格。医学生的入学考试录取方法,一如“国子监”(见《新唐书·百官志》)。入学后随教学进程考试,平时由各科博士月考一次,太医令则负责季考一次,太医署的上级主管部门太常寺则组织年终总考。根据考试的成绩,决定学员的升迁和降黜:“若业术过于见任官者,即听补替;其在学九年无成者,退从本色。”(见《唐六典》卷十四)同时,这一考核制度也适用于教学辅导人员,“凡医师、医正、医正疗人疾病,以其全多少而书之以为考课”(见《旧唐书·百官志》)。这种严格的考试制度,有利于调动师生的积极性,提高教学质量。其优胜劣汰的结果,可以保证国家最高学府保持医疗教学始终领先的地位。

从上可见唐代的医学教育已很完善,为以后历代的医学教育打下了基础。但太医署的教育目的,只是培养御用医师,而广大民众还是靠家传师授的民间医生治疗。

唐代科学教育体制的确立,是其政治、经济、文化高度发达和科举制度日益完备的产物。它在世界医学史上也具领先地位,比西方最早的医科学校——意大利的萨勒诺医学校至少要早200多年,影响远及朝鲜、日本等国,在中外医学交流史上留下了光辉的一页。

曲辕犁

对于泱泱农业大国来说,在农业生产发展的进程中,生产工具的革新是农业生产力提高的重要标志。犁这一生产工具在中国的使用是很早的,早在父系氏族龙山文化后期,已有人力拉的三角石犁;甲骨文也有了犁字;文献资料以《山海经》最早:“后稷之孙日叔均,始作耕。”注文:“用牛耕也。”《格致镜原》也说:“则耕之用牛,自叔均始矣。”意思就是在传说中最初有后稷的孙子叔均发明了犁。最初的犁铧用木、骨、石、蚌,春秋时有了铁犁冠,秦汉有了全铁犁铧。赵国发明了二牛三人的耦犁,是始扛式的直辕(直辕犁是中国古代所使用的一种犁,出现于西汉,由耒耜发展而成,组成部分包括犁辕、犁箭、犁床、犁梢等,其特征是犁辕是直的)。唐代以前,犁有了两次大进步:第一是犁壁的产生,没有犁壁的犁只能翻土,不能碎土、松土和起垄。山东安丘、河南中牟、西安、咸阳等地都有西汉铁犁壁出土。欧洲犁壁比我国晚了1000年,诞生于11世纪。第二是犁箭的发明,它可以控制犁铧入土的深浅。从江苏睢宁双沟东汉画像石牛耕图、陕西馁德东汉画像石牛耕图可知,犁箭完成于东汉。

犁在普遍使用前,耒耜是主要耕作工具。使用畜力牵引的耕犁从春秋战国才开始逐渐在一些地方普及使用。汉代耕犁已基本定型,但汉代的犁是长直辕犁,耕地时回头转弯不够灵活,起土曲辕犁费力,效率不很高;北魏贾思勰的《齐民要术》中提到长曲辕犁和“蔚犁”,但因记载不详,只能推测为短辕犁;唐代初期进一步出现了长曲辕犁。转动灵活的“蔚犁”的问世和长曲辕犁的出现为江东犁的最终形成奠定了基础。其优点是操作时犁身可以摆动,富有机动性,便于深耕,且轻巧柔便,利于回旋,适宜江南地区水田面积小的特点,因此曲辕犁最早出现于江东地区,也称江东犁,它的出现是我国耕作农具成熟的标志。敦煌莫高窟第445窟的壁画中有曲辕犁耕作图。据唐朝末年著名文学家陆龟蒙《耒耜经》记载,曲辕犁由11个部件组成。即犁铧、犁壁、犁底、压镵、策额、犁箭、犁辕、犁梢、犁评、犁建和犁盘。

曲辕犁的主要优点是:其一,直辕犁牲畜的牵引力与犁尖不在一条水平线上,产生逆时针方向的力矩。为了平衡这个力矩,农夫需付出力(见图)。改为曲辕,减少了农失的体力消耗。其二,直辕犁受力点高,曲辕犁受力点低,由力的分解平行四边形法则可知,曲辕犁受到了向上分力比直辕犁大。可以使曲辕犁听受的摩擦阻力减小,可以更充分利用畜力。

曲辕犁11个部件的作用是:犁铧翻土,犁壁碎土做垄,压镵和犁底用以固定犁铧,策额是捍卫犁壁的,犁箭和犁评是调节深浅的,犁建是固定犁评、犁箭的,犁梢是农夫的扶手,掌握犁的前进和左右方向,犁辕使畜力和犁铧接近于同一水平线,可以省力,犁铧可以自由转动犁身。唐代曲辕犁有了划时代的进步。

曲辕犁和以前的耕犁相比,有三处重大改进。首先是将直辕、长辕改为曲辕、短辕,旧式犁长一般为今9尺左右,前及牛肩;曲辕犁长合今6尺左右,只及牛后,并在辕头安装可以自由,再次是加装了犁评。由于犁评厚度逐级下降,推进犁评,使犁箭向下,犁入地深;拉退犁评,使犁箭向上,犁入地浅,可适应深耕和浅耕的不同需要。最后改进了犁壁。唐时犁壁呈圆形,因此又称犁镜,可将翻起的土推到一旁,以减少前进阻力,而且能翻覆土块,以断绝草根的生长。这种犁出现后逐渐推广,成为当时最先进的耕具。耕犁至此已基本定型,这是唐代劳动人民对耕犁的重大改进。转动的犁盘,不仅使犁架变小变轻,而且便于调头和转弯,操作灵活,节省人力和畜力。历经宋、元、明、清各代,耕犁的结构没有明显的变化。

曲辕犁是中华民族劳动人民智慧的结晶,它为中国农业的发展,也为世界农业技术的提升做出了重大贡献。

沈括与《梦溪笔谈》

在悠悠中华五千年的历史中,涌现出了许多优秀的科学家,其中就有被英国科技史专家李约瑟称为“中国整部科学史中最卓越的人物”的沈括,他写的《梦溪笔谈》被称为“中国科学史上的里程碑”。

《梦溪笔谈》是沈括晚年在梦溪园将他一生所见所闻和研究心得以笔记文学体裁写下的著作。书中关于科学技术的条目约占三分之一以上,内容涉及数学、天文历法、地理、地质、气象、物理、化学、冶金、兵器、水利、建筑、动植物以及医药学等广阔的领域,详细记载了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献和他自己的研究成果,反映了我国古代特别是北宋时期自然科学达到的辉煌成就。

数学方面

《梦溪笔谈》中有关数学的条目有12条,主要谈了隙积术和会圆术两个问题。关于隙积术的发现,这里还有一个小故事呢。相传,刚过“而立”之年的沈括,曾在一位转运侧手下当官。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,一位同僚告诉他,说近来沈括常出入酒家,回来就闭门不出,想必是醉得不省人事,在蒙头大睡呢。转运使听后心中十分不悦:没想到这青年平时仪表堂堂,做事一丝不苟,原来竟是个酒鬼!这样想着,便径直闯入沈括住处,推开门一看,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,酒家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”。他苦思冥想,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现“隙积术”的人。

会圆术是已知圆的直径和弓形的高,求弓形的弦长和弧长的方法。沈括在《九章算术》方田章中所载求弓形面积近似公式的基础上,推导出新公式。他的研究成果被元代科学家郭守敬加以完善,并用于黄亦道坐标的换算。

沈括还用数学知识研究军粮运送,提出运粮之法,其中含有运筹思想的萌芽。他又研究围棋局总数,在没有指数知识的前提下,得到了关于从若干元素中每次提取几件且许可重复的排列问题的解题思路并给出了估算值。

天文学方面

《梦溪笔谈》中与天文历法有关的条文有26条。在这方面,沈括的第一项成就是提出《十二气历》,以十二气为一年,以立春为一年之始,大尽31日,小尽30日,同时把月相的变化以朔望等注于历中。在沈括之后的900年,英国气象局使用的肖伯纳历与《十二气历》相似。现在世界各国采用的公历也是与《十二气历》基本一致的阳历,但在月份上还不及《十二气历》科学。

此外,沈括在天文仪器的改革上,也取得了成就。他大胆地更造了浑仪,改进了刻漏,并亲自设计了能使极星保持在视场之内的窥管。他将他对天文仪器的改造和研究,写成了《浑仪式》《景表议》《浮漏议》三篇文章,阐发改革仪器的原理。

物理和化学方面

沈括关于物理学创获最多,《梦溪笔谈》记物理的有40条,《沈氏良方》《梦溪忘怀录》也有物理知识的阐述。

沈括重新进行《墨子》的光学实验,以飞鸢说明小孔成像。对透光镜,沈括也进行了实验和探讨,他猜测是铜镜冷却时有先后而致透光不同。虽然这个说法不正确,却为后来郑复光的实验所借鉴。

沈括还记述了“以新赤油伞日中复之”验尸伤的方法,红油伞的作用是从日光中滤取红色波段光,皮下淤血一般呈青紫色在白光下看不清,红光能提高淤血与周围部分的反衬度,容易显现。这是我国关于滤光应用的最早记载,它被宋代郑克的《折狱龟鉴》和宋慈的《洗冤集录》所应用和发展。

共振现象早在战国时期就为人们所发现,其后人们还发现了一些消除共振现象的方法。沈括对声的共振现象有了更进一步的认识。他用简单的仪器做了个实验,证明弦线的基音与泛音的共振关系。他剪一小纸人,放在基音弦线之上,拨动相应的泛音弦线,纸人就跳动,拨别的弦线,纸人则不动。沈括把这称为“正声”,即共振实验。西方直至17世纪才出现类似的实验。

《梦溪笔谈》的化学条文有9条。沈括在陕北任官时,发现了人间之宝,给以科学的命名——石油,并预言它的储藏和大用。

地学方面

《梦溪笔谈》中有关地学的条文有37条。他在察访浙东时指出了雁荡山峭拔险怪,上耸干尺的原理——流水侵蚀(山谷中的大水冲激,把沙土都冲走了,只有巨石岿然立在那里)。他还指出华北平原是由黄河、漳河、滹沱河等冲积而成,我们现代所用的化石一词也是从他的记载中来的。另外,沈括对动植物的地理分布、分类、形态描述、生物生理、生态现象、生物防治、药物药理作用、人体解剖、古生物学均有大量记载,是古代科学技术史的宝贵资料。

《梦溪笔谈》不仅是一部史料价值很高的历史典籍,而且是一部科技史资料汇编,在中国科学技术史上,甚至在世界文化史上都具有十分重要的地位。

最早的纸币“交子”

纸币是当今世界各国普遍使用的货币形式,而世界上最早出现的纸币,是中国北宋时期四川成都的“交子”。北宋时期的成都,城市繁华,商业鼎盛,是全国数一数二充满活力的大城市。最早的欧洲纸币,是受爿丁国影响在1661年由瑞典发行的,也比美国、法国等西方国家发行纸币要早六七百年。

中国是世界上使用货币较早的国家。根据文献记载和大量的出土文物考证,我国货币的起源至少已有4000年的历史,从原始贝币到布币、刀币、圆钱、蚁鼻钱以及秦始皇统一中国之后流行的方孔钱,中国货币文化的发展可谓源远流长。到北宋时期,我国出现了纸币——“交子”。

纸币的出现是货币史上的一大进步。钱币界有人认为中国纸币的起源要追溯到汉武帝时的“白鹿皮币”和唐宪宗时的“飞钱”。汉武帝在铸行“三铢钱”和“白金币”(用银和锡铸成的合金币)的同时,又发行了“白鹿皮币”。所谓“白鹿皮币”,是用宫苑的白鹿皮作为币材,由于其价值远远脱离皮币的自身价值,因此“白鹿皮币”只是作为王侯之间贡赠之用,因此还不是真正意义上的纸币,只能说是纸币的先驱。“飞钱”出现于唐代中期,当时商人外出经商带上大量铜钱有诸多不便,便先到官方开具一张凭证,上面记载着地方和钱币的数目,之后持凭证去异地提款购货,此凭证即“飞钱”。“飞钱”实质上只是一种汇兑业务,它本身不介入流通,不行使货币的职能。因此也不是真正意义上的纸币。北宋时期四川成都的“交子”则是真正纸币的开始。

纸币出现在北宋并不是偶然的,它是社会政治经济发展的必然产物。宋代商品经济发展较快,商品流通中需要更多的货币,而当时铜钱短缺,满足不了流通中的需要量。当时的四川地区通行铁钱,铁钱值低量重,使用极为不便。每千铁钱的重量,大钱25斤,中钱13斤。买一匹布需铁钱两万,重约500斤,要用车载。因此客观上需要轻便的货币,这也是纸币最早出现于四川的主要原因。再者,北宋虽然是一个高度集权的封建专制国家,但全国货币并不统一,存在着几个货币区,各自为政,互不通用。当时有13路(宋代的行政单位)专用铜钱,4路专用铁钱,陕西、河东则铜铁钱兼用。各个货币区又严禁货币外流,使用纸币可防止铜铁钱外流。此外,宋朝政府经常受辽、夏、金的攻打,军费和赔款开支很大,也需要发行纸币来弥补财政赤字。宋代商业的发达和雕版印刷术的发展等,也为创制交子准备了良好的条件。种种原因促成了纸币——“交子”的产生。

交子的产生和发展,分为三个阶段。最初是民间自由发行,大致上代替铁钱流通;后来由16家富商来主持,不久,16家富商衰败,交子不能兑现,因而争讼时起;最后在天圣元年(1023)北宋朝廷在益州设交子务,改为官办。

最初的交子由商人自由发行。北宋初年,四川成都出现了专为携带巨款的商人经营现钱保管业务的“子子铺户”。存款人把现金交付给铺户,铺户把存款人存放现金的数额临时填写在用楮纸制作的卷面上,再交还存款人,当存款人提取现金时,每贯付给铺户30文钱的利息,即付3%的保管费。这种临时填写存款金额的楮纸券便谓之“交子”。

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