算筹与十进位制
算筹又称为算、筹、策、算子等，是宋、元以前中国人的主要计算工具。《老子》说:“善数不用筹策。”这说明最晚在春秋末期，算筹就是人们的主要计算工具了。算筹通常用竹制成，也有用木、骨、石制成的。算筹数字有纵横两式:个、百、万……用纵式，十、千、十万……用横式。因此，用这18个符号及用空位表示0，可以表示任何一个自然数。比如，1997便表示成
。算筹记数完全采用十进位值制，比古巴比伦的60进位值制方便，比古希腊、罗马的十进非位值制先进，是当时世界上最简便的计算工具和最先进的记数制度。用算筹计算，便是筹算。中国传统数学的辉煌成就，大多是借助于筹算取得的。
算盘
《算法统宗》中的算盘
中国传统的计算工具，是中国古代的一项重要发明，也是在阿拉伯数字出现前广为使用的计算工具。算盘是由早在春秋时期便已普遍使用的筹算逐渐演变而来的。珠算最早见于东汉《数术记遗》一书，汉代已出现用珠子计算的珠算方法及理论。但算盘这个名称最早见于宋代《谢察微算经》，可以确定有横梁的穿档大珠算盘已经出现。至元代，算盘的使用已十分流行。算盘产生后，与算筹并用了很长时间。明太祖洪武年间的《魁本对相四言》中既有算盘，也有算子。明中叶以前数学著作也是珠算、筹算并用。大约在明中叶以后，算盘完全取代了算筹，完成了计算工具的改革。明初时，中国算盘流传到日本，其后又流传到俄国，又从俄国传至西欧各国，对近代文明产生了很大的影响。15世纪中叶，《鲁班木经》中有制造算盘的规格。现在我们可以看到的算盘材料有木、竹、铜、铁、玉、景泰蓝、象牙、骨等。小的可以藏入口袋，大的需要人抬。
在中国古代，人们从实践中认识到，圆的周长是“圆径一而周三有余”，也就是圆的周长是圆直径的3倍多，但是多多少，意见不一。在祖冲之之前，魏晋数学家刘徽提出了计算圆周率的科学方法——“割圆术”，用圆内接正多边形的周长来逼近圆周长，用这种方法，刘徽计算圆周率到小数点后4位数。南北朝杰出数学家祖冲之在前人的基础上，经过刻苦钻研，反复演算，将圆周率推算至小数点后7位数(即3.1415926与3.1415927之间)，并得出了圆周率分数形式的近似值。在欧洲，德国人奥托和荷兰人安托尼兹得到这一结果，是在1000年后的16世纪。
天象记载
中国最早的日食记录是《尚书·胤征》篇中记载的夏朝仲康王时代的一次日食。中国古代对于日食、月食的记录保持了长期的连续性。最系统、最完整的日食记录要属《春秋》中所记录的由公元前770年到公元前476年中的37次日食。从春秋到清末，中国共记载了1600多条日食记录，1100多条月食记录。这些记录在现代天文学研究中仍有很大的利用价值。世界公认的最早的太阳黑子记录是《汉书·五行志》的记载:“河平元年(前28年)三月乙未，日出黄，有黑气，大如钱，居日中。”从汉代到明末，中国共记载太阳黑子100多次，都有其出现时间、形状和大小的记录。彗星也是古人很早就注意到的一种天象，最早的彗星记录出于《春秋》。据后人考证，这也是世界上对哈雷彗星最早的记录。从秦代到清代的2000多年，哈雷彗星共有29次回归，中国都做了记录。这些不间断的记录为研究哈雷彗星的轨道变化提供了宝贵的资料。国外的最早彗星记录比中国迟了1000多年。
马王堆出土的彗星图
浑天仪
苏颂浑天仪
浑天说的代表人物，是东汉的太史令张衡。他不但是有名的文学家和反谶纬的思想家，也是杰出的科学家。张衡在前人创造的浑天仪的基础上，设计了一种“漏水转浑天仪”。浑天仪是用精铜铸成的球体模型，它利用齿轮带动浑象绕轴旋转，并使浑象的转动与地球的周日运动相等，这样就可以把当时肉眼能观测到的天体现象，几乎全部表示出来。人们坐在屋里看仪器，可以清楚地观察到日月星辰起落的现象。后来，在此基础上，先后经过唐代僧一行、宋代张思训和苏颂等人的改进，制造了世界上最早的天文钟，在中国科技史上又写上了光辉的一笔。
医圣张仲景
伤寒论
张仲景，名机，东汉时期南阳郡(今河南省)人。张仲景生活在东汉末年。当时疫疾广泛流行，大批的百姓死于传染病，其中伤寒病占70%。张仲景刻苦学习，广泛收集医方，写出了传世巨著《伤寒杂病论》。《伤寒杂病论》是一部奇书，它确立了中医学重要的理论支柱之一的“辨证论治”思想。这一医学思想为后世中医学发展起到了重要作用，成为中医临床的基本原则，是中医的灵魂所在。在方剂学方面，《伤寒杂病论》也做出了巨大贡献，创造了很多剂型，记载了大量有效的方剂。其所确立的“六经辩证”的治疗原则，受到历代医学家的推崇。这是中国第一部从理论到实践、确立辨证论治法则的医学专著，是中国医学史上影响最大的著作之一，是后人研习中医必备的经典著作。另外，《伤寒杂病论》序中有这样一段话:“上以疗君亲之疾，下以救贫贱之厄，中以保生长全，以养其身”，表现了张仲景作为医学大家的仁心仁德，所以后人尊称他为“医宗之圣”。
针灸疗法
针灸疗法是我国古代民间应用的一种物理疗法，分为针刺法和灸疗法两种。针刺法是利用金属制的针，刺入身体一定位置的皮下深部，借这种器械的刺激，以达到治疗效果;灸疗法是在一定位置的皮肤表面，借燃点艾柱(用干燥艾叶研细放成金字塔形的小柱子)的温热刺激，以达到治疗的效果。史书上记载，伏羲时便已经用针刺治病了。古代的著名医生，如扁鹊、华佗、张仲景等，都会用针灸刺激方法来给百姓治病。祖国医学的经典著作——《黄帝内经》中的灵枢经部分，详述了针灸疗法的道理和方法。发展到了晋朝，伟大的针灸学家皇甫谧不断地钻研和发扬，使它大大地推进了一步。皇甫谧的代表作《黄帝针灸甲乙经》总结了古代针灸疗法的经验，通过它，可以了解整个针灸学的全貌。全书列述了关于学习针灸应该了解的生理、病理、诊断、治疗及预防等各方面，还详述了针灸经穴的分布，以及适应征和禁忌征等。皇甫谧针灸学的成就，不仅为后来各个时代学习针灸学的人打下了良好基础，还大大地影响了外国医学，尤其是日本、朝鲜等国家。
《黄帝针灸甲乙经》
药王孙思邈
孙思邈画像
孙思邈(581—682)，陕西华原(今陕西省耀县孙家塬村)人，唐代著名医学家。他还是个长寿的百岁老人。他因为少时患疾，改学医道。他是中国乃至世界史上著名的医学家和药物学家，被誉为药王，许多华人奉其为医神。他研究医术八十余年，著《千金要方》三十卷，分二百三十二门，这已接近现代临床医学的分类方法。全书集方广泛，内容丰富，是我国唐代医学发展中具有代表性的巨著，对后世医学特别是方剂学的发展，有着明显的影响和贡献;并对日本、朝鲜医学的发展也有积极作用。《千金翼方》三十卷，属其晚年作品，是对《千金要方》的全面补充。全书分一百八十九门，记载药物八百多种，尤以治疗伤寒、中风、杂病和疮痈最见疗效。他亲自采药、制药，搜集民间验方、秘方，总结临床经验及前代医学理论，为医学和药物学作出了重要贡献。他不但医术高明，还在名著《千金要方》中，把“大医精诚”的医德规范放在了极其重要的位置上来专门立题，重点讨论，使其成为医德医术堪称一流的一代名家，后世尊其为“药王”。
李时珍与《本草纲目》
《本草纲目》插图
李时珍(1518—1596)，湖北蕲春人，明代医学家。李时珍继承家学，尤其重视本草，并富有实践精神。曾参考历代有关医药及其学术书籍八百余种，结合自身经验和调查研究，历时27年编成《本草纲目》一书，这是我国明代以前药物学的总结性巨著。《本草纲目》共52卷，分16部、60类。共收载历代诸家本草所载药物1892种，其中植物药1094种，矿物、动物及其他药798种，有374种为李氏所新增。《本草纲目》内容极其丰富，是我国药物学的宝贵遗产，对后世药物学的发展作出了重大贡献。
脉诊法
脉诊在我国有悠久的历史，它是我国古代医学家长期医疗实践的经验总结。到春秋战国时期，脉诊已经达到相当水平。《史记》中记载的春秋战国时期的名医扁鹊，便是以精于望、闻、问、切的方法，特别是以脉诊著称的。当时开始出现的重要医学著作《黄帝内经》和稍晚的《难经》中，已经对脉诊有许多详细论述。1973年湖南长沙马王堆三号汉墓出土的医药文献帛书——《脉法》、《阴阳脉症候》中也有用脉诊判断疾病的宝贵材料。这些都说明早在2000多年前，脉学已成为我国古代医学的重要组成部分了。在东汉名医张仲景的《伤寒杂病论》中，可以看出脉诊已经广泛用于临床，并且有进一步的发展和提高。到了晋代，名医王叔和综合前代有关脉学的知识和经验，写成了《脉经》一书，成为我国现存最早的脉学专著。书中把脉分为24种，对每种脉象作了说明，并且叙述了各种切脉方法和多种杂病的脉症，把脉诊和病症进一步结合起来，使脉学成为更加实际的学问。此后，我国古代脉学著述不断增多。许多名医都精通脉学，例如，明代的李时珍对脉学也有深入的研究，著有《濒湖脉学》等书。
《脉经》
人工运河
我国利用天然水道通航的历史十分悠久。在云南元谋人居住的地方，曾出土一条独木舟，由一根整木从中间挖空而成。这就是“刳木为舟，剡木为楫”的时期。随着商品交换的扩展，促进了水运交通的发展，西周以后人工运河开始出现。我国地势西高东低，为建立全国的水运交通网，开始开凿南北向的人工运河，使各大水系的水运交通相互沟通，适应了国家统一和经济文化进步的需要。战国以来，人工运河更朝着跨流域、长距离的方向发展。隋唐以来有系统地建设的人工运河，已形成沟通海河、黄河、淮河、长江和钱塘江几大水系的交通网，特别是京杭运河的开凿，成就了北京至杭州长达1800公里世界最长的人工运河，创造了跨越分水岭的通航技术，开创了双门和多门梯级船闸技术。这些成就是构成中国水利工程的重要组成部分。
李冰与都江堰
李冰是战国时期的水利家。秦昭襄王末年(约前256—前251年)为蜀郡守，在今四川省都江堰市(原灌县)岷江出山口处主持兴建了中国早期的灌溉工程——都江堰，使川西平原富庶起来。都江堰位于四川省都江堰市的岷江入成都平原的起始段，是世界上现存历史最长的大型无坝引水工程。都江堰引水枢纽由鱼嘴、宝瓶口、飞沙堰三部分组成。鱼嘴将岷江一分为二:一条为岷江正流;另一条经由宝瓶口向灌区供水。飞沙堰则是防止灌区进水太多而设置的分洪分沙的设施。“深淘滩，低作堰”六字诀等，是当地千古传颂的管理准则。都江堰顺应岷江当地自然地理条件，加以人工调整，反映出人与自然和谐的治水理念。这也是都江堰历2000多年而不毁的基本原因。目前都江堰灌溉面积已扩大至60多万公顷。2000年，都江堰被联合国评为世界文化遗产。
都江堰示意图
坎儿井在《史记·河渠书》中便有记载，时称“井渠”。用的是“井下相通行水”的办法，引导地下水灌溉良田。这种距今2000多年的人工开凿的地下长河，堪称中国古代水利设施的奇迹。吐鲁番地区有史可查的坎儿井有1100多条，现存725条，总长将近5000公里。年径流量将近3亿立方米，超过了火焰山水系的总径流量。坎儿井的结构，大体上是由竖井、地下渠道、地面渠道和“涝坝”(小型蓄水池)四部分组成，吐鲁番盆地北部的雪山到春夏时节有大量积雪和雨水流下山谷，潜入戈壁滩下。人们利用山的坡度，巧妙地创造了坎儿井，引地下潜流灌溉农田。坎儿井并不因炎热、狂风而使水分大量蒸发，因而流量稳定，保证了自流灌溉。吐鲁番现存的坎儿井，多为清代以来陆续修建，如今仍浇灌着大片绿洲良田。
坎儿井出口
火药是中国四大发明之一。火药，顾名思义就是着火的药。它的起源与炼丹术有着密切的关系，是古代炼丹士在炼丹时无意中配制出来的。它是硫磺、硝石、炭的混合物。而前两项在汉代成书的中国第一部药物学典籍《神农本草经》里都被列为重要的药材，所以火药本身也被归入药类。明代李时珍的《本草纲目》中说，火药能治疮癣、杀虫、辟湿气和瘟疫。火药的发明是人们长期炼丹制药的实践结果，至今已有1000多年历史。唐朝末年，火药已被用于军事。以后随着朝代更迭，战事的发生，促进火药武器的加速发展。先后制造了火药箭、火炮等以燃烧性能为主的武器和霹雳炮、震天雷、铸火铳等爆炸性较强的武器，在战争中显示了前所未有的威力。在十二三世纪，火药首先传入阿拉伯国家，然后传到希腊和欧洲乃至世界各地。对人类社会的文明进步，对经济和科学文化的发展，起了推动作用。美、法各国直到14世纪中叶，才有应用火药和火器的记载。
指南针
最早的指南针——司南
指南针是中国四大发明之一，也是中国对世界文明发展的一项重大贡献。指南针是利用磁铁在地球磁场中的南北指极性而制成的一种指向仪器。磁石的这种特性，被古人利用来制成指南工具。最早出现的指南工具叫司南，战国时已普遍使用。东汉王充记载了它的形状和用法。到了宋代，人们发明了人工磁化方法，制造了指南鱼和指南针，而指南针更为简便，更具实用价值。它是以天然磁石摩擦钢针制成的，在地磁作用下保持指南性能。后把它装置在方位盘上，就称为罗盘。这是指南针发展史上的一大飞跃。指南针在公元11世纪时已是常用的定向仪器。指南针的最大贡献是大大地促进了航海事业的发展。据考证，公元11世纪末，指南针就开始用于航海了。大约在12世纪末到13世纪初，指南针由海路传入阿拉伯，然后由阿拉伯传入欧洲。
造纸
造纸为中国四大发明之一。根据考古发现，西汉时期我国已经有了麻质纤维纸，但质地粗糙，且数量少，成本高，不普及。公元105年，蔡伦在东汉京师洛阳，总结前人经验，改进了造纸术，以树皮、麻头、破布、旧渔网等为原料造纸，大大提高了纸张的质量和生产效率，扩大了纸的原料来源，降低了纸的成本，为纸张取代竹帛开辟了前景，为文化的传播创造了有利条件。105年，蔡伦向汉和帝献纸，受到和帝赞誉。造纸术于是广为天下所知，蔡伦造的纸被称为“蔡侯纸”。造纸术到公元7世纪初期(隋末唐初)开始东传至朝鲜、日本，随后传入阿拉伯，乃至整个西方。造纸的发明与传播，使文字的载体成本得到了大幅度的下降，知识在平民中的普及得以实现，从而极大地推动了世界科技、经济的发展。
汉代造纸工艺流程图
印刷
印刷为中国四大发明之一。早期，人们把象形文字刻在龟甲和兽骨上进行占卜。后来又把文字铸在鼎上以记载事件。这就是今天所说的甲骨文和金文(又称钟鼎文)。到春秋战国时期，人们又把文字刻在竹木条上，用绳子、丝线、皮革编连起来，称为“丝编”或“韦编”。到东汉末年，人们总结了石刻和印章的经验，创造了拓印法。581年，隋文帝重新统一中国后，由拓印法发展成为雕版印刷。到了唐代雕版印刷在民间极为盛行。雕版印刷较之用手工抄写有了很大进步。到了北宋时期，“平民”毕昇在长期的实践中，总结了劳动人民雕版印刷的经验，经过反复实践摸索，在雕版的基础上，发明了活字印刷术。毕昇发明的活字印刷术，在现在看来，虽然比较简单原始，版制成后仍需将墨刷在版上，然后铺纸用刷子刷印，然而现代印刷术和印刷机的原理仍然是活字印刷的原理。毕昇死后200余年，后人又在他的活字版基础上创造出木活字、铜活字、锡活字，印刷的规模也越来越大了。
我国古代雕版印刷作坊
水车
中国自古就是以农立国，与农业相关的科学技术取得了卓越的成就。水利是农业中最不可缺的一环。为了解决高地或是离灌溉渠道及水源较远的地方的灌溉问题，于是发明了另一种能引水灌溉的农具——水车。民间最早的汲水用具是“桔槔”，也就是用一条横木支在木架上，一端挂着汲水的木桶，一端挂着重物，像杠杆似的，可以节省汲水的力量。从抱瓮灌地到桔槔汲水初步利用器械，可以说是水车发明的先驱。中国正式有记载的水车，则大约到东汉时才产生。当时被称做“翻车”，翻车已有轮轴槽板等基本装置。水车出现比西方国家早1500余年。
春秋汲水工具:桔槔
纺车
中国是最早生产纺织品的国家。原始社会渔猎生产时，先民即已学会搓绳子，后来又由此创造出织和纺的技术。从出土纺织品推断，纺车在春秋战国时期就有了。秦汉时，手摇单锭纺车已广泛使用，当时人们日常衣着为麻织物。宋代已出现适用于工厂手工业麻纺大纺车的水转大纺车。到了南宋，棉纺织生产占主导地位，又出现多锭大纺车。清代出现的多锭大纺车，使手工纺织机器的发展达到了一个高峰。元代元贞年间(1295—1297)，流落崖州的黄道婆回到故乡乌泥泾，把在崖州学到的纺织技术用于本乡，改制出一套“杆、弹、纺、织”的生产工具。黄道婆创造的三锭脚踏纺车，同时可纺三根线。三锭纺车的发明，在当时是非常了不起的，因为在机器纺车出现以前，若找一个能够同时纺两根纱的纺织工人是很难的。黄道婆的发明比欧洲的“珍妮机”早500年。她还与家乡妇女一起制造出“乌泥泾被”，织出的图样灿然如绘。这种棉纺织技术后来传遍江浙一带。
古代纺织图
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