● 郭守敬的科学成就

郭守敬（公元1231—1316年），字若思，顺德邢台（今河北邢台）人，他以毕生精力从事天文学的研究和天文仪器的创制，为祖国古代天文科学的发展做出了重大贡献。他在其他学科上也有很多贡献。

郭守敬的祖父郭荣是一位精通数学和水利的学者，他的渊博知识对年轻的郭守敬影响很大。在郭守敬还年幼的时候，祖父就把他送到精通天文和地理的老朋友刘秉忠那里去学习了。刘秉忠和他的好友张文谦都是忽必烈非常赏识的学者。

由于郭守敬刻苦学习，十五六岁时就能弄通石刻的“莲花漏图”（古代的计时器）的原理。到32岁时，他的科学知识更加丰富扎实了，张文谦就把他推荐给忽必烈。忽必烈高兴地让他跟随张文谦到西北去视察水利设施，修复古渠。至元二年（1265年），他被任命为都水少监，得以专心致志地从事水利建设事业。

早在元朝统一全国以前，刘秉忠就提出要修改历法，因为辽、金以来沿用的《大明历》使用已经很久了，误差越来越大。至元十三年（1276年），忽必烈决定设局改订历法，派许衡、王恂和郭守敬主持这项工作。在这期间，郭守敬通过实测，获得了许多天文方面的科学知识，他深深感到：要制订新历，必须创造精密的仪器。他说：“历之本在于测验，而测验之器莫先于仪表。今司天浑仪，宋皇祐（1049—1054年）汴京所造，不与此处（指大都灵台，在今北京市建国门外泡子河北）天度相符。”于是决心自己动手创制和改造天文仪器。

针对浑仪的缺陷，郭守敬研制了新的仪器——简仪。元代以前所用的浑仪越来越复杂，用它测量天体的赤道坐标、黄道坐标和地平坐标的读数，每个系统都需要有专门的环圈，因此大大小小的互相圈套的环圈有八九个之多，不但转动不便，而且妨碍观测。郭守敬摒弃了把测量三种不同坐标的圈环集中在一起的做法，精简了黄道坐标，而把地平坐标和赤道坐标分为两个独立的装置——赤道装置和地平装置。这两个装置都很简单，使用方便，因此这种仪器叫“简仪”。简仪的设计很精密，刻度最小分格达到1／36度，观测结果也就准确多了。当时从尼泊尔来的工艺家阿尼哥，帮助郭守敬制造了简仪。可惜的是，郭守敬的这一重大发明创造，竟在清初被法国传教士纪理安（当时他在钦天监任职）当作废铜销毁了。

郭守敬还研制了仰仪。仪器的外形很像一口朝天的大锅。在半球的大圆面上，刻着东、南、西、北和十二时辰；半球面上刻着与观测地纬度相应的横纵线网。大圆平面上用纵横相交的两根杆子架着一块小板，板上有小孔。太阳光线通过小孔，在球面上投下一个倒像，映在格网上，可以观测太阳的位置和日食。

郭守敬还改革了圭表、创制了景符等仪器。圭表是观测日中影长变化以决定春分、秋分、夏至、冬至时刻的天文仪器。古代的圭表一般高八尺，郭守敬把它加高到36尺，在表顶又添一根被抬起的横梁，横梁高出表顶四尺，这样表高就达到40尺，比原来的表高增加五倍，因而影长也增加了五倍，使观测的误差也下降到原来的五分之一。现在河南省登封县元代观星台还完整地保存着当时的圭表。景符是定影象的仪器。一块铜片，中有小孔，用一小架子斜撑在圭面上。太阳光经过横梁，再通过小孔，在圭面上形成了一个米粒大小的太阳象，象中间有一根细如丝线的横梁影子，非常清晰。景符与圭表是结合在一起使用的，用来观测太阳、星星和月亮。

有了这些先进的仪器，郭守敬利用当时疆域辽阔的有利条件，在全国范围内开展了实测活动。他在全国各地设立了27个测景所，最北的北海测景所，设在大约北纬64°的地方，已在北极圈附近了。他亲临全国各地，收集科学资料。经过他们大规模的实测，他不仅测定了有关地方的纬度与夏至日昼夜长短，还测定了黄赤交角，这个数字虽然与当时的实际交角尚有极小的误差，但这是科学上的一大进步。我国古代把黄道附近的星分为二十八宿，每一宿用一个星为代表，称为“距星”。两距星间的距离称为“距度”。古代是用距星来测定星辰的，因此测定二十八宿距是非常重要的。经过郭守敬的实测后，距度的误差减少了，精密度提高了一倍。郭守敬还进行了恒星位置的测定工作，对那些还没有定名的星，也作了观测，编制了星表。

至元十八年（1281年），经过郭守敬等人多年辛勤的劳动编制出来的《授时历》正式颁行了。郭守敬根据自己多次精密测定的冬至时刻的结果，并利用历史上从祖冲之《大明历》以来的六次冬至时刻的观测资料，证实了一年为365.2425日，它比地球绕太阳一周的实际时间只差26秒，《授时历》就是采用这一数据的。这在世界的历法史上还是第一次。现在国际上通行的格利哥里历也是采用这一数据的，但格利哥里历比《授时历》晚了整整300年。

至元十六年（1279年）春，在大都东城墙开始兴建大都天文台，郭守敬开始负责仪器与观察，后来担任第二任太史令。天文台分三层，高达七丈，第一层南屋是太史令等天文台负责人的办公室，向东的房间是负责推算的工作人员，向西的房间是负责观测和计时的工作人员，向北的房间为仪器储藏室。仅推算、测验、漏刻三局就有七十人。第二层按离、巽、坤、震、兑、坎、乾、艮八方分成八个房间，它们分别是观测准备室、图书资料室、天球仪和星图室、漏壶计时室、日月行星室、恒星室等专业工作室。最上一层为观测台，北有简仪，中有仰仪，西有圭表，东有玲珑仪，南边是印历工作局、堂、神厨和算学的建筑。可见元大都天文台规模宏大，人员众多，组织严密，设备齐全。更令人注目的是该台拥有大量先进的观测仪器。据《元史》记载，有玲珑仪、简仪、浑天象、仰仪、圭表、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、星晷定时仪、候极仪、悬正仪、正方案和座正仪等。其中由郭守敬设计制作的就多达十三件，这些仪器在当时世界上是十分先进的。

郭守敬在天文、数学方面的科学著作很多，有《推步》《立成》《历议拟稿》等，可惜现在都已失传了。

在水利工程技术方面，郭守敬也有光辉的成就。至元二十八年（1291年）春，他担任都水监长官，负责整修已经荒废的大都至通州的运粮河。他经过实地考察后，决定引白浮泉水解决河水的来源问题，用了一年多时间疏通了这条运河，定名为通惠河。为了解决由于河床倾斜坡度造成运行的困难，他在这条运河上每隔十里设置一个闸门，在距离闸门半公里的地方又置斗门，使船只得以顺利通过。这样，从杭州到大都的大运河完全通航了，过去每年从南方运来的粮食到通州后就要陆运，驴马死伤不可胜数，现在通行无阻了。

郭守敬在科学技术上取得的成就是多方面的，他一生坚持不懈，亲自从事科学实验，并善于吸取前人的科研成果，因而取得了更大的成就。一直到86岁那年他去世时为止，他始终没有中断自己的工作，真可以说把毕生精力献给了科学事业。

● 王祯及其农书

元代农学著作十分丰富，流传至今有名的农书，这就是官方司农司所编的《农桑辑要》、王祯《农书》和鲁明善的《农桑衣食撮要》。这里我们讲的是王祯和他的《农书》。

王祯是山东东平人，由于他的生平活动史料记载很少，我们只知道他曾做过两任县官：元贞元年（1295年）任安徽旌德县的县尹，在职六年；大德四年（1300年）任江西永丰县尹。据《旌德县志》记载，他当县官时，生活比较俭朴，办学校、修桥梁、施医药，认真劝农，做了不少好事，受到当地人民的称赞，是封建时代的“清官”。

元朝的大统一，为全国各地经济文化的交流创造了条件。由于各族人民辛勤劳动，农业生产的恢复和发展是很迅速的。在这样情况下，人们渴望有一部总结和指导全国农业生产技术经验的农书，这是很自然的。有这样的社会需要，才促使王祯下功夫去研究农业技术，总结农业生产经验，写出这部《农书》来。他认为：农业是天下的大本。一夫不耕，就要挨饥；一女不织，就要受寒。作为一个地方官，应该熟悉农业生产知识，否则就不能担负起劝导农桑的职责。为了写好《农书》，他平常很注意农事，仔细观察，用心考察和积累农业知识，大约在永丰任职两年后，完成了该书的初稿，后来又花了十年时间进行修改补充，到了皇庆二年（1313年）时才正式付印出版。

《农书》的内容主要分三大部分：第一部分是《农桑通诀》，第二部分是《百谷谱》，第三部分是《农器图谱》。《农桑通诀》可以说是农业总论。内容包括农业史、授时、地利、耕垦、耙劳、播种、锄治、粪壤、灌溉、收获，以及植树、畜牧、蚕桑等方面，是非常系统和完整的。关于“授时”和“地利”：王祯很重视“不违农时”，认为播种一定要适合农时，不能错过时机；他对各地的气候、地形、土壤等自然条件作了比较，认为农作物应该根据环境不同而有所不同，提出了选择适宜于环境的作物和工具以及改造自然的主张。关于“播种”：他认为选种很重要，并介绍和推广占城稻等优良品种；他还主张实行多种经营和作物轮种。关于“粪壤”：他列举了大量肥源，并认为施肥是提高地力、改造土壤的关键。关于“灌溉”：他的基本思想是“天时不如地利，地利不如人事”。就是说，依靠兴修水利等人事努力，可以克服天灾而夺得农业丰收，因此他特别强调灌溉的作用，具体介绍了引水的方法、南方围田和圩田的建设。

王祯还主张推广北方的“锄社”来解决农忙时劳动力不足的问题。

《百谷谱》分别叙述各种农作物、菜蔬、瓜果、竹木等种植培养法。这一部分主要是介绍农作物品种，其中最值得我们注意的是棉花的推广。元朝时棉花主要产于南方，后来北方和西北也渐渐种植，但当时有人以“风土不宜”为理由，认为北方不宜种植。王祯觉得这种看法是错误的，种不好棉花是因为种植不认真、不得法，于是他在书中详细介绍了种植的方法，并断言：种植棉花，南北方都可以获利。

《农器图谱》是《农书》中最有创造性的部分。书中绘出各种农具，农业机械图和田制、农舍、灌溉工程、运输工具、纺织机具图共306幅，每幅图后面都有一段文字说明，描写这种工具的构造、来源、演变和用法。其中许多是当时最新式的农具和器具。如出现了用四牛拉的犁，节省施肥工序的下粪耧耘式耧车，割荞麦用的推镰和灌溉用的牛转翻车、高转筒车等。

王祯不仅是一位杰出的农学家，也是一位杰出的机械设计师和印刷技术革新家。东汉杜诗制造的利用水力鼓风来炼铁的“水排”，到元朝时已经失传，王祯经多方搜访，加以研究、改进，把古人用皮囊鼓风改用木扇（简单的风箱）鼓风，对提高冶炼技术有重大意义。王祯还创制了木活字，并且成功地把它用来印刷。他在旌德县撰写《农书》时，估计到字数很多，雕版有困难，就亲自指导木工花了两年多时间，制造了三万多个木活字，并试印了他自己编写的《旌德县志》，全书有六万多字，只用了一个多月时间就印了一百部，效果很好。王祯把这次造木活字的方法与排版、印刷经验，写成《造活字印书法》附在《农书》后面。他发明的“转轮排字盘”，工人只要坐着推动转盘，就可以拣字，大大节省了印刷工人的劳动强度。

当然，由于时代的局限，王祯书中难免有一些迷信色彩。但是，王祯的《农书》是通过与劳动人民接触，通过自己的实践而写出来的。书中流露出对劳动人民的同情和朴素的唯物主义思想。他说：“种田太艰难了!那些高高在上的统治者们却不知道衣食从何处来的，只知道享受，不知道农夫农妇的苦，反而对他们拼命地剥削和压榨!”书中还多次强调了“人定胜天”的思想，《农书》始终是一部杰出的科学著作，王祯也不愧为中国古代杰出的农学家、科学家。

● 《农桑辑要》和《农桑衣食摄要》

元代虽是马上民族建立的，但是，他们入主中原后，吸收汉文化，十分重视农耕。元代农学方面颇有成就。除了王祯的《农书》外，还有两部比较重要的农学著作，这就是《农桑辑要》和《农桑衣食撮要》。

至元二十三年（1286年），元向全国颁行《农桑辑要》。该书是为了推广先进的农业技术，由司农司组织农业专家于1273年编写的，它吸收了13世纪以前的农业耕作经验。全书共分七卷，包括典训、耕垦、播种、栽桑、养蚕、瓜菜、果实、竹木、药草、孽畜等十个部分。典训主要是介绍我国古代有关农业的传统习惯和重农言论；耕垦主要是介绍整地技术和丰产经验；播种、瓜菜和药草等部分讲各类农作物和果木的栽培技术；孽畜是介绍家畜的饲养技术。最后还有“岁用杂事”排列了农家十二个月的主要农业生产以外的行事历。

《农桑辑要》是继《齐民要术》之后我国的又一部重要的农书。书中有二十多种农作物是《齐民要术》没有记载的，加之对农业技术的推广，是我国农业发展史上的一件大事。

至顺元年（1330年），元代农学家鲁明善撰成农学专著《农桑衣食撮要》，共二卷。按月令记述我国各族人民的农事活动。该书对于耕种方法和饲养技术等有比较详细的记载。全书分为十二个月，每个月应种应收什么农作物，栽种什么树木，家畜应注意什么，怎样贮藏蔬菜，如何腌制肉类等，都一一详细记载。其记录以中原地区农事为主，兼及西北少数民族地区的农业和畜牧业经验，记述了牧羊种、造酥酒、晒干酪等方法，具有明显的民族特色，也反映了我国各民族在生产方面的相互渗透和相互吸收。

● 纺织家黄道婆

黄道婆出生在一个穷苦农民的家庭里，家住松江乌泥泾（今上海县华泾镇）。她的生卒年代和身世没有详细记载，大约生活在13世纪中叶的南宋末期和元朝初期。她的名字也没有留下来，后人称她为黄道婆或黄婆婆。

黄道婆从小受尽苦难生活的熬煎，被迫给人家做童养媳。在她18岁那年，再也不能忍受这牛马般的生活，决心逃跑。有一天夜里，黄婆在茅草屋上挖了个洞，逃到黄道浦江边，悄悄躲在一艘即将远航的海船中。这样，她一直漂流到远离故乡的海南岛崖州的黎族地区。

黄道婆生活的时代，正是植棉业传到江南的时候。棉花自印度传入我国，经过南、北两路；南路，经过南洋的国家，传入现在的云南，约在公元1至2世纪之间的东汉时代。云南的少数民族当时生产出一种名叫“白叠花布”的纺织品。这是我国植棉、织布的最早记录。北路，传入西域（现在的新疆），约在公元5至6世纪的南北朝朝代。

上海地区的植棉业，是由南路传进的。首先传入乌泥泾，种植在一块名叫“八千亩”的地方。随着棉织技术逐渐被人掌握，棉织品很受群众欢迎。因此，黄道婆很小就学会纺织技术。不过当时乌泥泾的棉纺织技术，是非常落后的。

黎族地区自11世纪（北宋中期）以后，就已大量种植棉花，棉纺织业也有所发展。在南宋周去非所著《岭外代答》一书中，介绍纺织情况：“取其茸絮，以铁筋碾去其子，即以手握茸就纺，不烦缉绩，以之为布最为坚善。”当时生产的棉织品种类很多。赵汝适在《诸蕃志》中记载黎族：“妇人不事蚕桑，惟织吉贝（棉花）花被、缦布、黎幕。”光是往南宋都城临安（杭州）“进贡”的，就不下二十多种，还能织出坚厚的兜罗棉、番布、吉布等多种棉纺织品，其中被染成各种彩色的“黎单”（宽幅床单）、“黎饰”（幕布）等，更为精美，远销内地。在这样的环境中，黄道婆虚心向黎族姐妹学习，很快就掌握了全套操作技术，成为技术高超的纺织能手。

元朝建立后，江南地区的生产逐渐恢复，经济有了好转。但是，乌泥泾的棉纺品技术仍处于落后状态，随着人们对棉布的需求日益增加，急待解决的问题就是生产工具的改进和生产技术的提高。正在这时，黄道婆从崖州回来了。

黄道婆在黎人织布技术基础上，发明创造了从轧籽、弹花到纺纱织布全过程的新生产工具，确立了一套较完整的生产工序。

第一道工序：轧棉去籽。原来人们一直用手剖去籽的方法，手指极易疲乏，工作效率很低。黄道婆创造了轧棉搅车，用四块木板装成大框，上面树立两根木柱，高度在一尺五寸左右，柱头镶在一根方木下面，柱的中央装着两个曲柄转轴，利用两轴间相互碾轧，将棉籽从棉絮内排挤出来。

第二道工序：弹花。用四尺多长，强而有力的绳弦竹弓替换了原来一尺四寸长、弹力轻微的线弦小竹弓。用弹椎敲击弓弦开棉，代替指拨弦弹花，保证了成纱质量。

第三道工序：纺纱。她创造了一种三个纺锭的脚踏纺车，比原来手摇一个纺锭的纺车劳动强度减轻了，生产效率提高数倍。

第四道工序：整经和织布。她改进了原先所使用的投梭织布机，能织出各种美丽的棉布。

黄道婆的纺织技术普遍地传播。乌泥泾靠棉织为生的增到千余家。“乌泥泾被”闻名全国各地。我国人民就是从那时开始普遍穿棉布衣服的。

黄道婆热心地教当地妇女“错纱配色”“综线挈花”，深受尊敬。她在人民心中留下了不可磨灭的印象。她去世后，当地人民怀着悲痛的心情埋葬了她。后人为了纪念她，又给她立过祠。直到现在，当地人还用歌谣歌颂着她。黄道婆对纺织技术的革新和推广，反映了我国古代各族人民生产经验的交流，具体地说明了劳动群众创造了古代社会的文明。

黄道婆对纺织技术的革新和推广，为我国棉纺织业的发展做出了突出贡献。