沈括的科学思想与科学研究方法

　　摘 要 沈括是我国北宋伟大的科学家，在各方面都取得了瞩目的成就。他之所以取得如此伟大的成就，主要得益于他正确的科学思想和科学研究方法。本文从科学思想和科学研究方法两个个方面对沈括的成功作出了分析。

　　关键词 沈括 科学思想 科学方法

　　中图分类号： I206.2 文献标识码：A

　　一、 沈括及其主要科技成就

　　 沈括（1032-1096），字存中，号梦溪，生于北宋中期，浙江钱塘（今浙江杭州市）人。沈括自幼聪慧好学，对事物充满好奇心和探索欲，他一生知识渊博，博学善文，仕途之余从事著述和科学研究，精通数学、农学、医学、天文学、化学、物理学、生物学和地理学，在音乐、艺术、文学、史学、医药、律历等方面也取得了瞩目的成就，更是出色的工程师、军事家、政治家和外交家。沈括平生著作四十余种，晚年更是以生平见闻撰写了笔记体巨著《梦溪笔谈》，对我国古代科学技术的进步和发展有着巨大的贡献，被英国学者李约瑟称为“中国科学史中最卓越的人物”。

　　 沈括在自然科学等诸多领域中都颇有成就。数学方面，他从实际计算需要出发，首创了“隙积数”和“会圆术”，促进了平面几何学的发展，在天文计算中也起了重要作用。物理方面，沈括对小孔成像、凹面镜成像等做了探讨与实验，推动了“透光镜”的研究并最早记录了磁偏角的存在；此外，他还剪纸人在琴上做实验，研究声学中的共振现象。化学方面，沈括第一次提出了“石油”的概念，对石油地质、产油区的地表特征作了精辟的阐释，并利用石油不完全燃烧而生成炭黑的特点创造了石油炭黑代替松木炭黑制造烟墨的工艺。天文学方面，他研究并改进了浑仪、浮漏和影表等天文仪器，制造了侧日影的圭表，改进了侧影方法，测得真太阳日的长短变化；提出采用“十二气历”，建议以太阳运动作为计算依据。地理学方面，沈括正确解释了华北平原的成因，并提出制图九法；他首次将“飞鸟直达”测量法用于制图，并在木板上制成了最早的立体地理模型。沈括还致力于医药研究，搜集整理中医药方并将其收录于《良方》之中。此外，他对风雨雷电等自然现象的探讨，对动植物形态的描述以及对晶体的论述等方面也有许多独到的见解。

　　二、 沈括的科学思想

　　 沈括的科学思想以元气、阴阳、五行学说为基础，具有朴素唯物论和辩证法倾向，既注重继承传统，又勇于怀疑，开拓创新，具有考察和试验相结合的实践性，并坚持经世致用益于民生的务实思想。

　　 （一）沈括的科学思想。

　　 1. 唯物辩证的思想。

　　 沈括具有朴素的唯物主义思想和发展变化的观点，他认为“天地之变，寒暑风雨，水旱螟蝗，率皆有法”，并指出“阳顺阴逆之理，皆有所从来，得之自然，非意之所配也”。沈括认为，自然界的事物是不断运动变化的，这些变化都是有规律的，而这些规律是客观存在且不以人的意志为转移的。基于变化的思想，沈括提出了“不胶一法，乃为通术”的观点，他认为既然事物是不断变化发展的，就应当用辩证的思想来看待问题。

　　 在沈括看来，“物理有常、有变”，万物之理受本气影响在一定阶段内表现出“常”的一面，具有一定的稳定性，同时它又受到其他各种因素的影响而呈现出“变”的一面，“有常有变”是正常现象，“变”是绝对的、永恒的，“常”是相对的、暂时的。既要看到“常”，又不能忽视其他因素影响下的“变”，才能把握住事物变化的规律。同时，事物变化的规律往往是隐藏起来的，不容易被人们所认知，但随着人们认识能力的增强，可以深入了解并掌握事物变化的客观规律。

　　 2. 继承创新的思想。

　　 任何科技创新和进步都是在前人的研究基础上形成的，沈括也不例外。他重视并善于批判地继承前人的成果，通过认真搜集和学习这些已有的成果，取其精髓，舍其糟粕，遗古而创新。他从已有的文献中梳理物理、数学、天文学、地理学、生物学、医学等各方面的知识，对它们进行归类思考并提出质疑。

　　 如沈括在昭文馆担任编校书籍的工作时曾参与考评浑天仪，他将之前数十位历算家关于刻漏的著作以及二十五种历书都找来详细研读，很快掌握了天文历法方面的知识，成为一名对天文历法颇有研究的专家。沈括曾对僧一行的《大衍历法》有很高的评价，但发现这一历法沿用至北宋已经与朔法不尽符合，与四时节气也有脱节，于是在主持编修《奉元历》时，提出了“十二气为一年，更不用十二月”的主张。沈括对历法的改革在很长时期内饱受非议，直到近代“十二气历”的科学性才得到人们的接受，但他的创新意识却得到了普遍的赞誉。著名的科学家竺可桢对沈括遗古创新的科学思想有很高的评价：“…而括当时能独违众议，毅然倡立新说，置怪怨攻骂于不顾，其笃信真理之精神，虽较之于伽利略，亦不多让也。”

　　 3. 实践的思想。

　　 沈括主张人的认识和知识都来源于实践，他强调“事非前定”，认为实践是第一位的，人们只有经过不断地实践、反复细致的观察，才能认识和了解事物，从而掌握事物运动变化的规律，即“详观而能熟喻”。 沈括正是用实践的态度来从事科学研究的，他从实践的思想出发，重视劳动人民的实践经验和发明创造，实践的思想贯穿沈括科学研究的始终。

　　 沈括得到毕�发明的活泥字后，亲自实践，在实践的过程中进行了深入的研究和总结，并对整个工艺流程作了详细的记录，进而将活字印刷术的操作过程展现出来。可以说，如果没有沈括对活字印刷术技术的总结，毕�的活字印刷术很可能就失传了。

　　 (二) 沈括科学思想的特点。

　　 沈括医生的科学实践中，有着中国古代科学家重视解决生产、生活中实际问题的倾向，带有明显的经世致用的务实特点。如他的隙积术和会圆术，是在兴修水利的工作中，为了准确计算各种堆垛而提出的；分层筑堰测量法也是在他整治汴河的工程中发明出来的。

　　 沈括的晚年著作《梦溪笔谈》中，关于自然科学的内容多达255条，其中有关农业生产的43条、医学方面88条、工程技术23条、应用技术数学12条、属国防与国家行政管理的地学20条、应用物理、化学及地质学35条、乐律21条，共242条，这些都于现实生活密切相关，有一定的实用价值。

　　 (三) 沈括科学思想的局限性。

　　 虽然沈括的思想总体来说是以朴素的唯物论和辩证法为核心的，但是，受历史时代影响，他的思想十分复杂，并夹杂着一些唯心的内容。沈括在批判 “万事无不前定”，提出“事非前定”的朴素唯物论的同事，又陷入了“人有前知”的泥沼。他认为，一切都是前世的定数，而圣人是可以知晓未来之事的。沈括在表示占卜之术不可恃信的同时，又指出这些方术都是有寓意的，个人的主观行为会对占卜行为产生影响，凡夫俗子受累于心很难掌握方术的神奇，只有排除心中的杂念，才有资格谈论“先知之神”。

　　三、 沈括的科学研究方法

　　 科学研究方法是影响科学成果的重要因素，在科学研究中有重大的作用。沈括作为北宋时期成就斐然的科学家，能够在科学技术领域取得如此巨大的成就，很大程度上得益于他先进的科学方法。

　　 (一) 沈括的科学研究方法。

　　 1. 观察和实验相结合。

　　 科学观察和实验是科学研究过程中借以获得经验知识和材料数据的重要手段。丹皮尔曾说过：“证明前人说法的惟一方法，只有观察和实验”。沈括正是遵循了这一思想，他在科学领域的巨大成就绝大部分是在观察与实验的基础上形成的。

　　 他看到凹面镜照射物体所成的像是倒置的，为了解这一现象的原理，沈括在生活中经常观察类似的现象，发现窗外的楼塔，由于光线穿过窗格，它所形成的塔影也是倒立的。这些为他研究凹面镜的成像原理提供了真实的资料。为了验证“同声相应”的原理，沈括对共振现象也做了简单的实验：他将纸人放在待测的弦上，弹拨此弦纸人会因为共振而跳动，弹拨其他弦纸人则不动；如果琴弦的声调高低都相同，即使不是同一个琴上的弦也会震动。

　　 2. 归纳和演绎相结合。

　　 归纳和演绎是沈括从事科学研究的重要方法之一，他善于通过对同类事物和现象的观察分析，从中找出事物之间的内在联系，从而概括出一般性的原理，揭示事物变化发展的规律。

　　 沈括在考察雁荡山诸峰形状时，分析它们的特点和成因，指出这是由于水流侵蚀作用的结果，并由此联想到西北黄土地区的地貌特点。经过比较和分析，沈括认为黄土高原的深壑成因与雁荡山相同，都是由于流水侵蚀而形成的。他还观察研究了从地下发掘出来的类似竹笋、核桃、鱼蟹等各种化石，指出它们是古代动植物的遗迹，并根据化石推出了古代地卑气湿的自然环境。

　　 3. 矛盾分析方法。

　　 沈括主张“物理有常，有变”，他认为事物都是处于矛盾之中，具有深刻的辩证法思想，因此，沈括善于用矛盾分析的方法来研究事物变化发展的规律。由于事物是不断发展变化的，当矛盾的两方面发展到一定阶段就会向它的对立面转化，因此沈括非常重视对事物内部矛盾和转化法则的认识与把握。

　　 沈括曾根据阴阳五行相互作用的矛盾转化理论，成功预报了开封地区的一次降雨：持久的干旱是因为湿土起着主导作用，连日阴天，从气已经开始见效，只是被厥阴之气克制才没有形成雨；后来突然出现晴天，是燥金之气出现，厥阴之气受阻，太阴之气伸展开来，到第二天气运都顺畅了，所以推断有雨。除了天文学，沈括的矛盾分析方法更多的应用在医学领域。他指出同一植物上的不同部位有着不同的药性，同一植物相同部位在不同时节、不同地区的药性也有差异，因此在采草药时应该选择适当的时机。

　　 (二) 沈括科学研究方法的特点。

　　 沈括在对自然现象和科技成就的记述时十分详细，他观察事物细致、准确、具体，并重视用通俗易懂的语言描述科学成果和自然现象。他有关雷电、地震、以及陨铁等自然现象的记载，贴切而生动，使人仿佛亲临现场。这不仅仅是沈括进行科学研究和科学推论的基础，也为后世学者的研究提供的可靠的信息。

　　 但由于历史局限性，沈括以及他同时代的科学家的科学研究没有同生产活动分离，没有形成一种独立的社会实践活动，所有的科学方法都是被包含在生产过程之中的。□

　　 （作者单位：浙江工业大学政治与公共管理学院）

　　

　　参考文献：

　　[1]祖慧.沈括评传.南京大学出版社，2004

　　[2]沈括.梦溪笔谈.时代文艺出版社，2001

　　[3]何任. 宋代伟大的科学家――沈括. 浙江中医学院学报, 2002,(01)

　　[4]吕变庭,刘潇. 论沈括的“天人相分”思想. 河北大学学报(哲学社会科学版), 2007,(05)

　　[5]李约瑟.中国科学技术史.上海古籍出版社，1990

　　[6]W.C 丹皮尔.科学史.商务印书馆，1979

　　[7]李瑞良. 沈括――淮南路――毕�. 出版科学, 1995,(03)