人民版高中必修三教师教学用书专题2—1

【纸的发明】

东汉元兴元年(105)，蔡伦在前人造纸术的基础上，改革和推广了造纸技术。新的造纸术使旧的不便书写的麻纸变成了至今大致结构没有改变的良纸工艺。在蔡伦造纸术出现之前，在中国，商代用甲骨，西周用青铜器，春秋时用竹简、木牍、缣帛作为记事材料。汉代，笨重的竹简和昂贵的缣帛已不能满足人们的需求，造纸术就因此应运而生。据20世纪中叶以来在新疆、陕西、甘肃等地出土的麻质古纸，专家确认为西汉麻纸的片状纤维物，说明造纸术可能出现在蔡伦之前，而且可能与人们对纺织用麻的处理过程有关。但这些西汉麻质古纸上都没有发现可以辨识的书写文字，加上对化验分析结果解释不同，对西汉是否已出现了造纸术中术界尚有很大争议。《后汉书·宦者列传·蔡伦》对蔡伦发明造纸术的记载，是迄今为止最早的准确记载造纸术发明的文献记录，有比较大的影响。《后汉书·宦者列传·蔡伦》记载：蔡伦造纸之前，书写记事的纸实际上是丝织物(缣帛)，蔡伦用树皮、麻头、破布、鱼网，经过挫、捣、抄、烘等一系列的工艺加工，制造出植物纤维纸。蔡伦造的纸被称为“蔡侯纸”。造纸术的发明是中国古代最伟大的发明之一，也是人类文明史上一项最杰出的成就。公元八世纪左右，阿拉伯人才开始用中国的技术和设备造纸。

【指南针和方向测定技术】

中国古代四大发明之一。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，有多种形体。

战国时期，已发现磁石吸铁的现象，并用天然磁石制造“其柄指南”的“司南之勺”。此后,经过长期的实践,人们发明了人工磁化的方法，造成了更高一级的磁性指向仪器。沈括在《梦溪笔谈》卷二四《杂志一》中中留下了历史上对指南针的最早记载：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常偏东，不全南也。”这是世界上关于地磁偏角的最早记录。西方直到公元1492年哥伦布第一次航行美洲的时候才发现了地磁偏角，比沈括的发现晚了四百年。沈括在《梦溪笔谈》的《补笔谈》第三卷中《药议》中又记载道：“以磁石磨针锋，则锐处常指南，亦有指北者，恐石性亦不同。”沈括不仅记载了指南针的制作方法，而且通过实验研究，总结出了四种放置指南针的的方法：第一种是“水浮法”，就是把灯芯草剪成几小段，横穿在指南针上，让指南针浮在水面上。第二种是把指南针放在指甲上，叫做“指甲旋定法”。第三种是把指南针放在碗边上，叫做“碗唇旋定法”。第四种是把指南针用线吊起来，叫做“缕旋法”。此外还有所谓“指南鱼”，就是把人造磁铁片做成鱼形，放在水面上指示方向。至晚在北宋后期，指南针已用于航海，南宋时，使用“针盘”导航。这种针盘还使用“浮针”，元朝发展成磁针和方位盘联成一体的罗经盘。由于宋代期间与阿拉伯地区海上往来频繁，指南针很快就传到阿拉伯地区，其后又传到了欧洲。欧洲关于指南针的记载最早见于1190年。

【火药的发明和实用】

火药是中国古代伟大的发明。据史书记载，我国古代的炼丹家在长期的炼制丹药过程中，发现硝、硫磺和木炭的混合物能够燃烧爆炸，由此诞生了中国古代四大发明之一的火药。唐代大医药学家孙思邈(581—682年)在《孙真人丹经》中，记载了世界上最早的火药配方。

人类最早使用的火药是黑火药，黑火药主要是硝酸钾、硫黄、木炭三种粉末的混合物。这种混合物着火易燃，燃烧起来相当激烈。燃烧时发生的主要反应是： 2KNO3+S+3C==N2↑+3CO2↑+K2S。体积很小的火药点燃后，由于氧化还原反应迅猛进行，在短时间内放出的热量，使产生的大量气体体积迅速膨胀，增至几千倍，假如反应发生在密封的容器中，就会发生爆炸。易燃烧能爆炸的混合物为什么又称为“药”呢？这是由于它的主要成分硝石（硝酸钾）、硫黄是古代中医治病用的重要药材，火药在发明之后亦被列为治湿气、避瘟疫、治皮肤病的药类，更重要的是火药的发明来自长期炼丹制药的实践，因而被称为药是十分自然的。

人们发明了火药，很快在军事上发挥了它的作用。 在北宋初年火药技术已较完备，并开始使用在军事方面。最初研制推广了火箭、火球、火蒺藜等火药武器。稍后，曾公亮、丁度等人编着的《武经总要》中记录了多个制造火药的处方，根据不同的军事需要，配制不同的火药。比如有所谓毒药烟球火药法，蒺藜火球火药法，火炮火药法等等。这些处方非常具体、详尽、实用，这些处方与后世黑火药的处方已十分接近。

自宋初开始，火药应用于军事上。宋元时期许多史料都有关于火炮的记载。北宋末年，在宋、金战争中发明了“霹雳炮”、“震天雷”等杀伤力较大的火炮。据《金史》记载，“震天雷”威力很大，火药发作声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆“碎迸无迹，甲铁皆透”。到了元初，出现了铜铸火铳。这种武器具备了炮的雏型，有较大威力。中国历史博物馆珍藏的元朝至顺三年（1332年）铜火铳是已发现的世界上最古老的铜铳。明代以后，火药兵器有了更大发展，出现了具有手榴弹、地雷、水雷等现代武器雏形的兵器，以火药作为推进动力运送火药至敌方爆炸的火箭也出现了。火药及其武器最初是被宋兵使用，稍后，金兵也研制发展了自己的火药武器。蒙古人在同金兵的战争中俘虏了金国工匠之后也掌握了火药及其武器，并且在西征时把火药传到阿拉伯地区。大约在公元8、9世纪时，中国火药的主要原料——硝石传到了阿拉伯、波斯等地。在12世纪后，阿拉伯等国的书上才提到硝石。阿拉伯人叫它为“中国雪”，波斯人则叫“中国盐”。欧洲人是在13世纪从阿拉伯人那里知道了火药，他们学会制造火药是在14世纪中期以后的事。

火药的发明开始了军事方面的一场具有历史意义的技术和战术革命，各种各样的火器被制造出来了，火器的强大威力改变了战争的面貌，改变了军队的编制、战法和整个指挥系统。火药的发明对经济、社会生产和文化娱乐也起到巨大的促进作用，有不可估量的意义。

【印刷术的进步】

印刷术是中国古代又一伟大发明。印刷术的发明对于文化、教育、科技的宣传普及，对世界的文明和进步，有不可估量的意义。

在印刷术发明之前，人们在进行文化学习时首先要互相传抄教材，这样做费时费力，而且容易出错。为了提高效率，避免抄错，汉灵帝的大臣蔡邕借图章的办法，把文章刻在石上，再涂上墨，然后用纸拓印就成为书了。这是最早的印刷术。但是，拓印有很大局限性，不仅费时费力，且难于存放保管。到了隋唐时期，随着经济、社会、文化等的迅猛发展，对印刷品的需求越来越大，石版拓印根本无法满足社会的需求。当时的印刷品主要有三方面，一是宗教宣传品。隋唐时期佛教盛行，佛像、佛经需求量很大。二是刻印诗集、音韵书和教学图书。唐代诗歌盛行，流传甚广，男女老少十分喜爱。三是历法、医药等书籍的印刷。唐代农业已有很大发展，各地农村出于掌握农时的需要，民间刊印的历法书十分盛行。医药在唐代也得到发展，有关书籍也大量刊印发售。另外科举考试已制度化，社会对书籍需求非常大。造纸和制墨等生产技术出现之后，逐渐发明了“刻版印刷术”( 亦称“雕版印刷术”)。这种技术是把图文刻在木板上用水墨印刷。

宋代的雕板印刷术更加发达。宋代刻工技术优良，纸墨装潢精美，后世藏书家对宋版书十分珍视。宋初，最艰巨的雕板工程是太祖开宝四年（971年）于成都开始板印全部《大藏经》，计1076部，5048卷，历时12年才雕印完工，雕板有13万块。可见，雕板印刷虽然是印刷术中一项重大的技术发展，但仍然是费工费时。大部分的书往往要花几年时间才能完工，存放版片又要占用大量地方。印量少又不重印的书，版片印完后便成废物。人力、物力、时间都造成了浪费。

 宋仁宗庆历年间（1041年---1048年）平民毕升创造了活字印刷术，从根本上解决了雕板印刷的缺点。据宋代科学家沈括的《梦溪笔谈》记载，北宋仁宗庆历年间，毕升曾采用泥活字排版印书，这是现知活字印刷的最早记载。因此，史学界都把毕升当作活字印刷的发明人，庆历年间为中国──也是世界──活字印刷之始。毕升用胶泥制成泥活字，一粒胶泥刻一个字，经过火烧处理使之变硬，成为供排版用的活字粒。毕升的活字印刷术以边上有框的铁板为版，铁板上放入松香、蜡以及纸灰的混合物。排版时字粒就排放在铁板上，排满一版即在火上加热。松香、蜡等遇热融化，然后用手板将排好的活字粒压平，冷却后便成为可供印刷之用的字版。印完后，松香、蜡再加热融化，将活字取出以备再用。从沈括记载的毕升泥活字印刷工艺看，毕升采用的泥活字印刷，从活字制作、拣字排版、刷印，到拆版还字，工艺相当成熟。毕升活字印刷术的基本原理与二十世纪盛行的铅字排印方法完全相同。它较之雕板印刷既能节省费用，又能缩短印刷时间，非常经济方便。不仅在中国，在世界印刷技术史上也是一个伟大的创举，影响十分深远。

●本课的重点和难点。重点：培养学生学习科学技术的兴趣和积极主动参与的意识；通过学习使学生掌握运用科技解决实际问题。难点：科学技术领域中的知识、资料等内容学生初步接触，需要逐步理解；科学技术从低级到高级逐步发展和进步的过程那些因素中起了重要作用，需要逐步引导学生理解；如何认识科学技术的双重性问题。

（三）问题解答

【议一议】

鲁迅在《电的利弊》一文中说：“外国用火药制造子弹御敌，中国却用它做爆竹敬神；外国用罗盘针航海，中国却用它看风水；……。”他在《随感录 62》中还写道：“火药除了做鞭炮，罗盘除了看风水，还有什么用处么？”我门在了解中国古代科技发明的时候，应当怎样理解鲁迅的话？

提示：中国古代的科学技术虽然曾经创造过辉煌的成就，但是专制制度和传统观念却阻碍了科技推广和进一步的发展。

【议一议】

有那些原因促使中国古代科学技术曾经取得领先于世界的重大成就？

提示：国家的统一；经济发展的需要；文化传播的需要；教育的进步；个人对科技的探究等。

【史家争论】

造纸术是举世公认的中国古代四大发明之一。但对于中国古代造纸术究竟起源于何时，长期以来，学术界存在着“东汉蔡伦发明说”与“蔡伦前发明说”两种观点。

纸张被视为中国古代的四大发明之一，与印刷术、指南针和火药占有同样的地位。法国著名社会学家弗朗索瓦·巴孔在17世纪初叶于所著《新机械学》中强调了这四大发明的重要意义，他指出：“它们改变了世界的面貌。造纸术和印刷术表现在文化中，火药表现在战争中，指南针则表现在航海事业中。任何帝国，任何教派或任何星辰都不能自吹对人类事务施加了像这些发明那样大的影响。”因此，造纸术的起源问题不仅在中国历史中具有重大意义，也备受世界范围内的研究者瞩目。长期以来，中国一直存在“东汉蔡伦发明造纸术”的传统说法。这种观点的主要根据，来源于《后汉书》的记载：“自古书契多编以竹简，其用缣帛者谓之纸。缣贵而简重，并不便于人。（蔡）伦乃造意，用树肤、麻头及敝布、鱼网以为纸。元兴元年奏上之，帝善其能，自是莫不用焉，故天下咸称‘蔡侯纸’。”基于《后汉书》的史学地位，后人认定是东汉蔡伦发明了造纸术。然而，由于新的考古发现，“蔡伦造纸”的传统说法在中国乃至亚洲的许多纸张史专家中都引起了争论。1957年，陕西出土了灞桥纸。1974年，甘肃居延金关汉代亭燧故址出土了金关纸。1978年，陕西扶风中颜村西汉窑藏出土了中颜纸。经过考古专家的考证和断代，证实这些纸是西汉初期到晚期的，年代都比东汉早，因此一些学者开始对 “蔡伦发明造纸术”的观点提出异议。有科学家指出：早在蔡伦之前的西汉时期中国就有纸，蔡伦不应是造纸术的发明人，中国造纸的历史起码要向前推进两三个世纪。

而另一些专家则对这些纸出土的古墓或遗址的年代，以及出土的是不是真正意义上的纸提出质疑。他们认为，虽然在西汉时期中国已造出了植物纤维纸，但这些纸质地较粗糙，结构也比较松散，不能算作真正意义上的纸。而蔡伦对造纸术进行了重大的革新，才使纸的质量和产量有了大幅度的提高，成为今天中国人引以为豪的纸。

1986年，甘肃天水放马滩再次发现了西汉时期的放马滩纸。与以往考古发现不同的是，这次出土的古纸质量较好，纸面平整光滑，质地薄而软，上面还有用细墨线绘制的山川、河流、道路等图形。中国科学院自然科学史研究所、中国科学院植物研究所、日本高知纸业实验场的技术鉴定和化验结果也都表明，该纸是以麻类植物制造而成，且纤维分布均匀，质量明显优于陕西灞桥纸，完全可以用于书写。所以，这张目前为止世界上所知最早的天水放马滩纸，在当时成为中国西汉早期就有优秀纸张的唯一物证，“蔡伦之前的纸不是纸”的观点受到了冲击。

近年来，甘肃敦煌悬泉置遗址的考古研究又有重大发现，这个遗址出土了460余件麻类植物造成的古纸，成为目前我国考古发掘中发现古纸最多的地方。根据同时出土的简牍和地层分析，这些古纸的年代从西汉武帝、昭帝及宣、元、成帝至东汉初到西晋都有，其中大多数是西汉时期的，有10件还写有文字，质量较好。从残留在纸面上的残渣看，这些古纸主要用麻织物和很细的丝织物制作，用于书写文件、信件及包裹物品。

对于“造纸术发明人是否蔡伦”的争论，40多年来，学术界也一直未能达成统一意见。坚持“蔡伦造纸”的学者认为，中国的重大历史问题不应轻易去否定。而考古界则认为：探讨这类问题究竟应该以什么作为检验真理的准则，是实践还是文献?在考古实践与文献记载发生矛盾时，是以考古事实修正文献记载，还是因文献而否定考古发现?　

【自我测评】

简要说明纸的发明和普及的过程。

提示：从现有资料看，纸的发明和普及是在汉代。应当启发学生通过课外阅读，重视纸向世界其他地区普及的历史过程。

【材料阅读与分析】

李约瑟在《中国科学技术史》中写到：“他们固然没有把个人与社会分开，也没有把社会人与整个自然界分开。可是他们向来主张，研究人类的唯一适当对象就是人本身。因此，在整个中国历史上，儒家反对对自然进行科学的探索，并反对对技术做科学的解释和推广。”

应该怎样理解李约瑟的这段话？

提示：儒家重道轻器的传统观念阻碍了中国古代科学技术的发展和推广。

【知识链接】

建议启发学生发现其他类似的资料。

（四）教学评价建议

【评价目标】

评价学生对科学技术史领域中相关知识的了解情况。

重点评价学生参与的过程。学习科学技术史的兴趣、技能、思维水平和活动能力；要注意对学生的个性差异、智能表现差异进行观察和评价，发挥每位学生的优势。

评价学生在学习和各种活动中表现出的态度、精神、价值观、方法。如：评价学生学习的兴趣；相互学习，相互合作，积极竞争的精神；崇尚科学，观察、实验的方法；发展科技、推动社会进步的使命感等。

【评价方法】

观察法、活动法、问答法、个人作品档案法、测验法、学生自我评价法、课堂教学评估记录法等。

【评价过程】

通过观察评价学生的学习兴趣是否浓厚，学习动力是否强烈；能否尊重事实尊重证据，能否大胆想象勇于创新；是不是乐于合作与交流，乐于采纳别人的意见，乐于改进自己的学习或研究；能不能关心科学技术，热心参与有关活动，发展对自然和社会的关怀和责任感。

通过活动评价学生参与科学学习活动是否主动积极，是否实事求是；观察是否全面，提问是否恰当，设计是否合理，表达是否清晰，交流是是否通畅;搜集、整理信息、进行合理解释的能力、动手能力、同伴之间交往合作的能力如何；要注意鼓励学生进行科学探究活动、理解科学探究过程，获得科学探究的乐趣，逐步提高他们的科学素养。

通过让学生回答课后材料阅读与思考中的问题，评价学生阅读和理解历史史资料的能力。

通过让学生实践活动，考查学生综合运用科学知识分析和解决问题的能力。

【评价总结】 教师在教学过程中可以根据情况自行选择评价的方法和过程，要综合采用观察、记录、调查、访问、讨论、作业、测验、考试、评议、档案、自我评价、家长评价等多种方法进行评价。尤其要注意对过程的评价，评价结果应及时反馈给学生，以便及时改进学生的学习。