STEM在中國

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。