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器发展史上是一个重大的突破。它为近代枪炮的不断发展奠定了初步基础。
指南针
航海事业的发展，需要有较好的指向仪器。经过长期的实践与反复的试
验，到宋代，人们在人工磁化方法和使用磁针的方法两个方面的探索取得了
重大的进展，这导致了指南针的发明和广泛的应用。
在《武经总要》前集卷 15 中，载有制指南针的方法，从现代的知识看，
这是一种利用强大地磁场的作用使铁片磁化的方法。人工磁化方法的发明，
在磁学和地磁学的发展史上是一件大事。
指南针一经发明，很快就被应用于航海。成书年代略晚于《梦溪笔谈》
的朱彧所著《萍洲可谈》（1119 年）卷 2 中，对此已有明确记载。到元代，
不论昼夜阴晴，船上都用指南针导航了。与相此应，还出现了某些以罗盘（指
南浮针）指示海路航线的著作。这表明了指南针在航海中的重要性更加显著
了，同时，又是指南针的制作技术和使用技巧臻于成熟的反映。
指南针的应用，使人们获得了全天候航行的能力，人类才第一次得到了
在茫茫大海上航行的自由。指南针的发明和应用是我国人民对人类的重大贡
献之一。
活字印刷术
雕版印刷虽然一版能印制几百部甚至几千部书，但很费工时，大部头书
往往要花费几年时间，存放版片又要占用很大地方。印量少又不重印的书，
版片使用后成了废物，人力、物力和时间都造成了浪费。
就在雕版印刷发展趋于鼎盛的时期，我国古代印刷技术出现了重大的突
破。据《梦溪笔谈》卷 18 记载，宋仁宗庆历年间（1041—1048 年），平民
毕升创造了活字印刷术。它既能节省费用，又能缩短时间，非常经济和方便，
不仅在我国，就是在世界印刷技术史上，也是一项伟大的创举。它的影响是
十分深远的。
毕升活字印刷术的基本原理，与近现代盛行的铅字排印方法完全相同。
用胶泥制成泥活字，一粒胶泥刻一字，用火烧使之变硬。事先准备好一块铁
板，将松香、蜡以及纸灰等混合在一起放在铁板上。铁板上再放一铁框，在
铁框里排满泥活字，排满一框后即放在火上加热，松香、蜡、纸灰遇热融化，
冷却后便将一板泥活字都粘在一起。再用一块平板将泥字压平。一版印完，
将铁板放在火上加热，松香和蜡融化后，即可取下泥活字，以备再用。为了
提高效率，将两块铁板交替使用，一板印刷，另一板排字。第一板印完，第
二板又已排好，印刷速度相当快。同时准备好几套泥活字，可以重复使用。
最常用的如“之”“也”等字往往各有二十几个，可以保证一板当中不至于
缺字。至于偏僻字和生冷字，则可临时刻写，烧成后马上就能使用。毕升并
曾试用木材制成活字，发现木材的纹理疏密不匀，沾水以后，高低不平，又
易于和药物粘结，不便清理，因而仍用胶泥为原料制成活字。
沈括和《梦溪笔谈》
沈括（1031—1095 年），字存中，钱塘（今浙江杭州）人，是我国古代
以博学著称的科学家。《宋史·沈括传》说他“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”，这是对沈括在科学领域
中所取得成就的公允评价。沈括还是个有作为的政治家。在王安石的新法运
动中，沈括曾担任“权三司使”（主管财政经济）、“判军器监”等重要职
务，他时常出京师往各地区察记新政实施的情况，积极参加了变法运动。
沈括一生的论著甚多，仅据《宋史·艺文志》所录就有 22 种 155 卷。现
在有传刻本的仅《梦溪笔谈》26 卷，《补笔谈》3 卷，《续笔谈》1 卷，《长
兴集》19 卷，以及《苏沈良方》15 卷等。其中《梦溪笔谈》是沈括晚年定居
镇江，在梦溪园中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、动植物及医药
等广阔的领域。其中有对当时科学技术成就的十分珍贵的忠实记录。
秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰——宋元数学四大家
13 世纪中叶到 14 世纪初叶，陆续出现的秦、李、杨、朱四大数学家，
是宋元数学的杰出代表，他们的数学著作大都流传至今。
关于四大家的生平事迹，简要介绍如下：
秦九韶（1202—1261 年）字道古，生于四川，他对天文、数学、音律、
营造等项无不精究，性机巧且治学十分严谨。他的数学名著《数书九章》，
是在对数学的不断研究和积累之后，于 1247 年写成的。全书共 18 卷，分大
衍、天时、田域、测望、赋役、钱谷、营建、军旅、市易等 9 大类，每类用
9 个例题来阐明各种算法。书中突出的成就是高次方程的数值解法——“大
衍求一术”（一次联立同余式解法）。
李冶（1192—1279 年）原名李治，号敬斋，河北真定人，是我国北方金
元之际的有名学者。元世祖忽必烈多次召见他，他都辞官不受，长期过着隐
居讲学的生活。他的数学著作有《测圆海镜》（1248 年写成）和《益古演段》
（1259 年写成）。《测圆海镜》共 12 卷，收有 170 个问题，都是已知直角
三角形中各线段进而求内切圆和傍切圆的直径等问题。
杨辉（约 13 世纪中叶时人），字谦光，杭州人，著有《详解九章算法》
12 卷（1261 年写成，现存残缺）、《日用算法》2 卷（1262 年写成，现存残
缺）和《杨辉算法》7 卷（1274—1275 年写成）。在他的著作中，收录了不
少现已失传的各种数学著作中的算题和算法，如早期的“增乘开方法”和，
“开方作法本源”，都是通过杨辉的著作才得以流传下来的。
朱世杰（约 13 世纪末 14 世纪初时人），字汉卿，号松庭，河北人。他
的数学著作《算学启蒙》（3 卷，20 门，259 问，写成于 1299 年）是一部较
好的启蒙算书，内容从乘除法运算直到开方、天元术，体系完整，深入浅出。
另一部著作《四元玉鉴》（3 卷，24 门，288 问，写成于 1303 年），主要是
讲述多元高次方程组解法和高阶等差级数等方面的问题。
郭守敬与天文成就
郭守敬（1231—1316 年），字若思，河北邢台人，是个博学多才的科学
家，在天文和水利两方面尤为精通。元统一中国后，忽必烈任命张文谦为改
订历法的负责人，由王恂负责组织天文机构，进行历法计算，而郭守敬则负
责仪器制造和进行天文观测。经王恂、郭守敬等人的集体努力，1280 年，新
历告成，被定名为授时历，并于次年正式颁行。
授时历颁行不久，王恂即病逝。其时，有关新历的许多计算程序、数据
等都还是一堆草稿，继王恂任太史令的郭守敬挑起了定稿工作的全部担子，
经 2 年多的努力，出色地完成了任务。
郭守敬是一位著名的天文仪器制造家。除了圭表、简仪的创制外，还设
计制造了用于观测太阳位置的仰仪、可以自动报时的七宝灯漏、观测恒星位
置以定时刻的星晷定时仪以及水运浑象、日月食仪、玲珑仪等十余种天文仪
器，其中有不少创新。郭守敬还是一位著名的天文观测家，除上面讲到的恒
星的位置的观测工作外，郭守敬等人还组织进行了一次空前规模的测地工
作，在今北京、太原、成都、雷州等 27 处设立观测所，测量当地纬度，从西
沙群岛至北极圈附近，每隔 10 度设一观测台，测量夏至日日影长度和昼夜长
短，观测站数比唐代多一倍，他们得到了丰硕的成果。
仪器的制造和天文观测的进行，都为历法的制定创造了条件，郭守敬和
王恂等人又在研究前代历法的基础上，运用宋代以来数学发展的新成就，加
上自己的创新，编制了我国古代最优秀的历法——授时历，把古代历法体系
推向高峰。授时历采用的天文常数值都是比较准确的。其对日月五星运动的
研究也达到了新的水平，如它继承了南宋杨忠辅统天历（1199 年）的成果，
定回归年长度为 365．2425 日（与理论值之差为 23 秒），这与现今世界通用
的格里历的所用值是一样的。
郭守敬还是个水利工程专家。他曾主持了若干重要的水利工程，如修唐
来、汉延等渠，增辟大都水源。其中唐来渠、汉延渠等都在黄河上游