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STEM在中國 2018.03.13
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今期專題可配合〈出師表〉作延伸閱讀

作者背景

諸葛亮不但是軍事家、政治家,這個三國風雲人物還是發明家。諸葛亮學識淵博,學問主要在襄陽時習得。年少時他在劉表設立的學堂學習,及後定居隆中也不時到襄陽遊學,結識了不少青年才俊。種種知識幫助諸葛亮發明多種器械,像連弩、木牛流馬,協助蜀軍行軍打仗。連弩是可以連續發射的弓箭,經諸葛亮改造後一次最多可以發射十枝箭;木牛流馬則是車子,裝載量大,而且能在崎嶇的山道高速行走。這些器械為蜀軍大大提高了戰鬥力。

思考角度

  • 古時的知識分子,不少是多方面的專家,原因是甚麼?
  • 諸葛亮是非常受歡迎的三國人物,原因是甚麼?

扣古連今

  • 諸葛亮不曾像我們那樣,接受正式的教育,你認為他在現代也能成功嗎?
  • 比較古今,科技在戰爭中的地位、影響,有甚麼分別?

學習元素

  • 文化知識:古代科技、古代科學經典、工程技術
  • 其他學習經歷:認識傳統木匠
  • 文化探討:中國科學何以落後西方

古代科技卓爾不群

近年香港積極推動科技發展,像在中小學引進STEM教育,即科學(Science)、科技(Technology)、工程(Engineering)、數學(Mathematics)教育,期望提高學生科學水平。其實中國本身也有科學、科技,很多經典著作內容精妙,當作STEM參考書也不為過呢。

S:科學先驅《墨經》

《墨經》是戰國科學家墨家的經典,內容包含邏輯學、自然科學。這部著作開創了研究物理學的先河,像指出重力、拉力和引力的存在,並有平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的實驗。毫無疑問,墨家和《墨經》一度走在科學發展的尖端。

T:集科技大成《天工開物》

在明代,中國的實用科技已發展得十分成熟。宋應星的《天工開物》把當時的知識總結起來,描述了農業、手工業等三十個部門的技術。其中很多技術,像炒鋼、灌鋼、黃銅、煉鋅,都是劃時代的。

E:工程知識結晶《夢溪筆談》

《夢溪筆談》涵蓋了天文、數學、物理、醫學等知識,是北宋一部奇書。作者沈括本人也是像達芬奇那樣的全才。沈括曾經為朝廷主持工程項目,所以書中也記載了有關知識,包括測量水位、製作地圖等。

M:數學經典《九章算術》

要數中國科學經典,不能不提先秦的《九章算術》。書中記錄了近百條數學公式、算法,包括分數四則運算、開平方法、開立方法、面積、體積公式、勾股(三角)術等,為中國數學奠定基礎。

入榫 巧奪天工

曾幾何時,中國的工程非常厲害。像木結構建築,自成一格,影響東亞,是科學和美的結合。當中的榫卯技術,利用凹凸結構來篏合,巧妙之至,讓人讚歎。這種傳統技藝充滿魅力,甚至令九十後阿Lam改變志向,在大學畢業後以此為職業,當上木匠,開班授徒。

阿Lam,24歲,大學時跟木工師傅學藝兩年,畢業決定以木匠為職業,2017年下旬開設個人工作室,接收訂單製作木具,也開辦工作坊教授木工。

一份滿足感

阿Lam年紀很輕,不禁好奇她為何會走上木匠之路?原來一開始她只是想學一門手藝,也不一定是木工。「讀大學的時候,很想找一樣事情來學,如果不在那個時候學,將來工作就沒有機會了。」阿Lam解釋。當時她已打定主意要拜師學藝,因為那樣才學到真正的技術。那時她的同房告訴她土瓜灣開了一間木工鋪,於是她主動聯絡那裏的師傅拜師,最後成功當上學徒。學習木工一點也不輕鬆,支持她學下去,到現在也做了師傅,是一個理由:「因為有份滿足感。」從甚麼都沒有,到落手落腳做出一件產品,那份滿足感不是筆墨所能形容。

一口釘也不用

談到木工,第一時間往往想到榫卯。在網上看到一些入榫短片,感覺超療瘉的。當然,這種技術不是為了花俏,而是有很實際的功能,「用榫卯接合的話,一口釘也不用,也很結實。」阿Lam指指工場中一張用榫卯做的功夫凳,表示可以用很久。若改用螺絲,效果一開始或者也不錯,但時間久了,螺絲和木材摩擦得多,就會漸漸鬆開,要鑽新的螺絲穩固。

四大榫卯

榫卯這種工夫,本身也可以分為很多不同種類。以下是其中幾大類:


明榫:其實就是見到榫頭的榫卯。如果想更穩固,可以鋸開榫頭,打一塊木進去,會更實淨。


暗榫:即是見不到榫頭的榫卯。暗榫的優點是較美觀,但有條件限制。假如木材太薄,入榫空間太小,就做不到。


九尾榫:特徵是做成梯形的榫頭。以九尾榫接合木件比較硬淨,不能拗開。


蝴蝶榫:要是木製品中間有個部分快要爆開,可以用蝴蝶榫鎖住裂位。這種榫卯也可以用來做拼板,把不同小木板連接起來,做成一大塊木板。

傳統智慧有價值

儘管榫卯有穩固、耐用的優點,但今天的木製品已較少採用這種技術。阿Lam解釋因為現代人甚麼都要快,「一張椅子,用榫卯來做,可能要四個鐘。但用螺絲的話,一個鐘就足夠。」然而,阿Lam認為,榫卯還是有市場。始終有一些客人要求較高,會選擇榫卯產品。榫卯到底是傳統智慧的結晶,不是蘋果手機,幾年就淘汰換畫呢。

阿Lam工作室:
https://www.facebook.com/madewoodstudio

中國機械設計 領先一時

英國哲學家法蘭西斯.培根(Francis Bacon)曾經表示,印刷術、火藥、指南針改變了整個世界的面貌:印刷術影響了學術,火藥影響了戰爭,指南針影響了航海。中國的科技、工程一度有很輝煌的成就,除了榫卯技術外,還發明了槓桿、滑車、齒輪各種機械,非常先進。只是到了後來,被西方的科學迎頭趕上。

槓桿原理--天衣無縫紡織機

早在三世紀前,墨家已對槓桿原理有研究。其中一個應用是秤。秤又稱為衡器、權衡,《漢書.仲律歷志》提到:「權與物鈞而生衡。」從種種文字記錄看來,最遲在春秋時期,中國已有不同類型的秤。其後中國人對槓桿有更深入的了解,應用在更多機械上,例如製造弩機。當中最精巧的使用,非紡織機莫屬。那是槓桿、連桿、踏板的結合,構成極之繁複的機械,技術超越當時的西方。

滑車--大行其道

山東武梁祠有塊著名的畫像石,上面刻畫了人群使用一種特殊工具以打撈鐵鼎的情形。那種工具名為滑車,或叫轆轤,包含西方的滑輪、安裝滑輪的構架及繩索,作用是移動物件。戰國時代,古人已用滑車從井中提水,或製造作戰機械。到了漢代,滑車極為普遍,以致其他物件也以此為名,像具有滑輪狀手柄的劍叫轆轤劍。

齒輪--科技巨輪

齒輪是古希臘科學其中一個代表,後來的西方科學家都研究過這種工具,加以應用。而在中國,齒輪也佔有重要的地位。很多器具都會用到齒輪,像水磨、里程計、弓弩瞄準器、指南車、天文鐘等。在戰國、秦漢時期的文物中,可以發現大量齒輪,顯示齒輪在中國有非常悠久的歷史。

中國科學何以落後西方?

過去中國曾有不少科技領先世界,只是後來西方從後趕上,最後更拋離中國。不少史學家不禁問,為甚麼會有這種情況?思想家梁啟超認為,中國的自然科學不發達,是因為有「德成而上,藝成而下」的觀念,簡單來說就是視道德為最重要的事情,因此中國人對研究自然界事物缺乏興趣。而且古代中國沒有西式學校、學會、報館之類的建設,導致科學發明難以流傳、交流,因而失傳。

哲學家馮友蘭進一步探討,中國科學所以大幅落後,是因為價值觀的問題。多年以來,中國的主流是儒家思想,而儒家着重內心的控制,而不是外部世界的探索。大部分人都追求內心的善和幸福,而鮮有認識這個世界,自然沒有科學。

而化學家王璡指出這是制度使然,政府的專制扼殺了科學的發展。雖然有很多意見,但目前還沒有大家都滿意的定論,這個問題大概還會討論很久。

 

文:萑葦
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