祖沖之科學(xué)成就探因及啟示

勾煥茹，張 靜

（河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071000）

祖沖之（429-500年），字文遠(yuǎn)，祖籍范陽遒縣（今河北淶水縣），是南北朝時(shí)期偉大的數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、機(jī)械制造學(xué)家。他出身于官宦門第、書香之家，先后擔(dān)任過縣令、公府參軍、長水校尉等職務(wù)。祖沖之一生致力于認(rèn)識自然、掌握自然規(guī)律、促進(jìn)人類社會進(jìn)步的科學(xué)研究，成就斐然。他創(chuàng)制的《大明歷》使歷法的精確度有了很大的提高，領(lǐng)先世界500余年；他制造的指南車，“圓轉(zhuǎn)不窮，而司方如一”[1]，無論車子如何運(yùn)行，都能準(zhǔn)確指向南方；他計(jì)算出圓周率π達(dá)7位準(zhǔn)確小數(shù)，發(fā)現(xiàn)“祖率”=355/113，超越時(shí)代約 1000年[2]；他研制出的一種水碓磨能利用水力同時(shí)舂米和磨面；他制造的千里船能夠日行百余里；他與兒子祖暅的數(shù)學(xué)成就匯集《綴術(shù)》（已失傳）在唐代曾被列為官辦數(shù)學(xué)教學(xué)機(jī)構(gòu)的教科書。

祖沖之科學(xué)成就的取得，固然有著多方面的因素，但最主要的因素當(dāng)是其家學(xué)傳統(tǒng)和他一生所秉持的科學(xué)精神。深入分析祖沖之取得偉大科學(xué)成就的原因，探討并弘揚(yáng)其科學(xué)精神，對于我們今天推動(dòng)科技創(chuàng)新、建設(shè)科技強(qiáng)國具有重要的啟示意義。

一、家學(xué)傳統(tǒng)——祖沖之科學(xué)成就的環(huán)境因素

祖氏在家族傳統(tǒng)上有著勤奮、愛國、潛心鉆研等優(yōu)良品質(zhì)，這對祖沖之科學(xué)成就的取得起到了積極影響。祖沖之出身于顯赫的范陽祖氏家族。西晉末年，為躲避戰(zhàn)亂，祖沖之的先祖率族遷居江南，先是暫居京口（今鎮(zhèn)江），后遷居建康（今南京）。當(dāng)時(shí)，祖氏家族可以說是名流輩出，如品行賢達(dá)、文才出眾的祖納，愛國愛民、彪炳千古的軍事家祖逖，“善撰志怪書”、創(chuàng)作神話小說的文學(xué)家祖臺之等。特別是祖逖，他“聞雞起舞”“競著先鞭”的勤奮精神、“中流擊楫”“枕戈待旦”的愛國之志，在祖氏家族中有著深遠(yuǎn)的影響。祖沖之正是繼承這種家族傳統(tǒng)，以堅(jiān)忍不拔的毅力和不怕吃苦的精神，通過艱辛的努力，才得以制訂出比前人歷法更為先進(jìn)的《大明歷》，計(jì)算出超越時(shí)代上千年的圓周率，并完成了一系列發(fā)明創(chuàng)造。

科學(xué)文化氣氛濃郁的家庭環(huán)境，對祖沖之的成長和成就的取得產(chǎn)生了重要影響。祖沖之出生在一個(gè)科學(xué)文化氣氛濃郁的家庭，其曾祖、祖父、父親皆在朝為官。據(jù)《南史·祖沖之傳》記載：“曾祖臺之，晉侍中。祖昌，宋大匠卿。父朔之，奉朝請?！盵1]祖沖之的曾祖父祖臺之曾任“侍中”一職，能出入宮廷，侍從皇帝左右，這對祖氏家族地位的穩(wěn)定起到了重要作用，也為祖氏后人創(chuàng)造了良好的生活環(huán)境和家族文化氛圍。祖沖之的祖父祖昌，任宋“大匠”卿之職，負(fù)責(zé)朝廷營建之事，精通土木建筑，擅長數(shù)學(xué)和天文。祖沖之的父親祖朔之，曾任“奉朝請”之職，學(xué)識淵博，通歷算。在這樣的家庭環(huán)境中，通過耳濡目染，祖沖之在數(shù)學(xué)、歷法、機(jī)械制造等方面的志趣和愛好得以培養(yǎng)。在《宋書·律歷志》中載有祖沖之自述：“臣少銳愚，尚專攻數(shù)術(shù)，搜練古今，博采沈奧……”[3]說明祖沖之在家庭的影響下自幼就對數(shù)學(xué)很感興趣，且能夠博覽群書。青年時(shí)代，祖沖之就以學(xué)問淵博、才智過人而聞名于世，受到宋孝武帝（452-464年）的賞識，“使直華林學(xué)省，賜宅宇車服”[1]，即命他到皇家最高學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)——華林學(xué)省主持文史和科研工作，并被賜與房子、車和衣服。他的天文學(xué)著作《大明歷》也在此期間完成。[4]出生在官宦世家的祖沖之一生為官，曾擔(dān)任過南徐州（今江蘇鎮(zhèn)江市）從事史、朝廷公府參軍、婁縣（今江蘇省昆山縣東北）縣令等官職。他一方面處理政務(wù)，為朝庭出謀劃策（曾作《安邊論》，建議朝廷開墾荒地，發(fā)展農(nóng)業(yè)，安定民生，鞏固國防）；另一方面，致力于對天文歷法、數(shù)學(xué)的研究和機(jī)械制造發(fā)明，為中國的科學(xué)技術(shù)史增添了濃墨重彩的一頁。

良好的家學(xué)淵源、優(yōu)越的學(xué)術(shù)環(huán)境是祖沖之成長的外部原因。他一生不慕榮利、不畏權(quán)貴、不迷信權(quán)威，殫精竭慮、鍥而不舍，潛心于科學(xué)研究和發(fā)明創(chuàng)造，在他身上始終能看到其父祖的身影。因此說，正是在這種家學(xué)傳統(tǒng)和家庭環(huán)境的熏染下，才有了祖沖之一生的巨大成就。

二、科學(xué)精神——祖沖之科學(xué)成就的內(nèi)在因素

科學(xué)精神是科學(xué)本性的主觀體現(xiàn)，是人們在長期實(shí)踐中積淀而成的最具科學(xué)理性的一種意識形態(tài)，是科學(xué)工作者取得科學(xué)成就的前提和保證。[5]祖沖之能夠取得如此偉大而豐碩的科學(xué)成就，與他一生所秉持的科學(xué)精神是分不開的。

（一）堅(jiān)持真理、勤于實(shí)踐的科學(xué)態(tài)度

在祖沖之生活的時(shí)代，由于生產(chǎn)力水平低下，人類認(rèn)識自然的能力極其有限，對自然的恐懼和敬畏使人生活在一個(gè)萬物有靈的世界，“神秘”世界的解釋權(quán)為少數(shù)人所壟斷，神秘主義被特權(quán)階層發(fā)展為蒙昧主義和專制主義。[5]反對讖緯迷信、追求真理是祖沖之科學(xué)精神的重要內(nèi)涵。他始終堅(jiān)持唯物論的世界觀，努力探索自然規(guī)律，以達(dá)到認(rèn)識和改造自然的目的。為了堅(jiān)持真理，他敢于與權(quán)貴作斗爭。比如他在進(jìn)行歷法研究時(shí)，堅(jiān)持從天體運(yùn)行的客觀存在出發(fā)，去認(rèn)識天體運(yùn)行規(guī)律，他認(rèn)為“遲疾之率，非出神怪，有形可檢，有數(shù)可推。”[3]正是基于這種樸素的唯物主義思想，他創(chuàng)制了新歷——《大明歷》。公元462年，祖沖之上書皇帝，要求廢除舊歷改用新歷，但遭到以戴法興（宋孝武帝的寵臣）為首的儒家保守派的激烈反對，被指責(zé)“誣天背經(jīng)”。為維護(hù)科學(xué)真理，祖沖之不畏權(quán)勢，針鋒相對地駁斥戴法興的謬論，表現(xiàn)出大無畏的獻(xiàn)身精神。

實(shí)踐出真知，人類對客觀世界的認(rèn)識，歸根結(jié)底是從實(shí)踐中得來的。實(shí)踐也是推動(dòng)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的動(dòng)力。祖沖之在科學(xué)研究中非常注重實(shí)踐，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)使用的歷法《元嘉歷》并不精確，為了制定出更為精確的歷法，在分析前人文獻(xiàn)資料和觀測記錄的同時(shí)，不辭辛苦，常年累月地進(jìn)行實(shí)際觀測，對八尺高標(biāo)桿的日影長度觀測長達(dá)10年之久。他“親量圭尺，躬察儀漏，目盡毫厘，心窮籌策”[7]，經(jīng)過多年的天文觀察，長年累月地測量日影，進(jìn)行反復(fù)研究、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，最終編制出在閏年率、歲差值、回歸年測算方面都更為精確的《大明歷》。

（二）“博采沈奧”、孜孜以求的探索精神

科學(xué)研究成果的產(chǎn)生既離不開對前人成果的學(xué)習(xí)積累，也離不開對未知世界的勇敢探索。祖沖之自幼博覽群書，善于學(xué)習(xí)繼承先賢的研究成果。史書中記載他少年時(shí)便廣泛研究學(xué)習(xí)古代典籍，且思維敏捷，構(gòu)想奇巧，稱他“稽古，有機(jī)思”[7]。青少年時(shí)代祖沖之對數(shù)學(xué)和天文學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣，曾進(jìn)行過長期的鉆研。他“搜練古今，博采沈奧，唐篇夏典，莫不揆量，周正漢朔，咸加該驗(yàn)。罄策籌之思，究疏密之辨”[3]；“博訪前墳，遠(yuǎn)稽昔典，五帝躔次，三王交分，《春秋》朔氣，《紀(jì)年》薄蝕，談、遷載述，彪固、列志，魏世注歷，晉代《起居》，探異今古，觀要華戎。書契以降，二千余年，日月離會之徵，星度疏密之驗(yàn)。專功耽思，咸可得而言也。”[7]從史書的記載中可見，祖沖之對歷代經(jīng)典著作進(jìn)行了廣泛的學(xué)習(xí)和深入的鉆研。同時(shí)，祖沖之對前人經(jīng)典的學(xué)習(xí)不是淺嘗輒止，也沒有僅僅停留在深入領(lǐng)會、學(xué)以致用的層面，而是深入探究其原理，并親自驗(yàn)證。特別是對歷代天文算術(shù)著作（如《九章算術(shù)》及劉徽的注、《重差》等），他用心探究，充分吸取前人的學(xué)術(shù)精華和學(xué)術(shù)營養(yǎng)來充實(shí)自己，從而為自己取得數(shù)學(xué)和天文歷法方面的成就打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）敢于置疑、“不虛推古人”的創(chuàng)新精神

創(chuàng)新是科學(xué)技術(shù)不斷向前發(fā)展的重要推動(dòng)力，沒有創(chuàng)新精神就沒有社會的進(jìn)步和發(fā)展。對前人留下的知識和成果，要善于學(xué)習(xí)采納，也要敢于置疑。而創(chuàng)新精神需要持批判的態(tài)度，任何科學(xué)理論和科學(xué)假說都要經(jīng)受反復(fù)檢驗(yàn)，通過批判舊的理論使其得到修正甚至完全用新的理論取而代之。當(dāng)然，批判并非完全否定，而是說經(jīng)批判后，科學(xué)理論邏輯體系更嚴(yán)密，實(shí)驗(yàn)證據(jù)更精確，進(jìn)而不斷打破成見，推陳出新。[6]

祖沖之科學(xué)成就的取得，關(guān)鍵就在于他敢于置疑、“不虛推古人”的創(chuàng)新精神。他尊重古人的研究成果，善于汲取前人積累下來的知識和經(jīng)驗(yàn)，但不盲從，而是勤于思考，勇于創(chuàng)新，從而在數(shù)學(xué)、歷法、機(jī)械制造上不斷取得突破性成果。在古代，為了制造精密容器，人們需要圓周率π的準(zhǔn)確值，至三國時(shí)期數(shù)學(xué)家劉徽計(jì)算出了圓周率的近似值3.14。祖沖之認(rèn)為這個(gè)值還不夠精確，并指出：“至若立員（圓）舊誤，張衡述而弗改，漢時(shí)斛名，劉歆詭謬其數(shù)，此則算氏之劇疵也。”[3]他另辟蹊徑，探求解決之道，最終將圓周率精確到小數(shù)點(diǎn)以后七位數(shù)，達(dá)到當(dāng)時(shí)世界最先進(jìn)的水平；在歷法方面，他糾正了當(dāng)時(shí)通行歷法的錯(cuò)誤，制訂出了更為科學(xué)準(zhǔn)確的《大明歷》。正是因?yàn)樽鏇_之善于學(xué)習(xí)借鑒前人的研究成果，又不墨守成規(guī)，敢于置疑，勇于創(chuàng)新，故而在數(shù)學(xué)、歷法、機(jī)械制造等多個(gè)領(lǐng)域都取得了重大的科學(xué)成就。

三、祖沖之科學(xué)成就給我們的啟示

當(dāng)今世界，科技發(fā)展日新月異，科技水平的提高推動(dòng)著社會的進(jìn)步和發(fā)展。科技人才做為科技創(chuàng)新的主體，是國家之間科技競爭的戰(zhàn)略資源。因此，如何有效培養(yǎng)科技人才是需要我們研究的重要課題，而從祖沖之的成長經(jīng)歷及其取得成就的因素分析中，我們可以得到有益的啟示。

（一）營造濃郁的科技創(chuàng)新氛圍，引導(dǎo)更多青少年走上科技創(chuàng)造之路

從上述對祖沖之科學(xué)成就成因分析，可以清楚地看到，外部環(huán)境因素起到了非常重要的作用。祖沖之少年時(shí)就對數(shù)學(xué)、歷法、機(jī)械制造等產(chǎn)生了濃厚的志趣，這得益于其良好的家學(xué)傳統(tǒng)和家庭環(huán)境的耳濡目染，而正是這種自幼培養(yǎng)的興趣愛好促使他在科學(xué)創(chuàng)造的道路上走向巔峰。由此可見，我們要想培養(yǎng)一大批科學(xué)技術(shù)人才，必須從培養(yǎng)青少年科學(xué)興趣入手，營造良好的科技創(chuàng)新氛圍。各級政府應(yīng)高度重視青少年科技創(chuàng)新事業(yè)，積極出臺相關(guān)政策，加強(qiáng)對科普知識的宣傳，加大各級各類科技場館建設(shè)力度并提升其社會服務(wù)水平，開展豐富多彩的科技創(chuàng)新體驗(yàn)活動(dòng)，激發(fā)廣大青少年探索科學(xué)奧秘的興趣；學(xué)校作為人才培養(yǎng)的主陣地，要把營造科技創(chuàng)新氛圍作為重要任務(wù)，開展形式多樣的科普活動(dòng)，組織學(xué)生參加各級各類青少年科技競賽，對成績突出的學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)和表彰，更好地激發(fā)他們參與科技創(chuàng)新的積極性。青少年是科技創(chuàng)新的有生力量，只有營造濃厚的科學(xué)創(chuàng)新氛圍，讓科學(xué)探究、創(chuàng)新創(chuàng)造常態(tài)化，才能更好地引導(dǎo)他們學(xué)科學(xué)、愛科學(xué)，進(jìn)而走上科技創(chuàng)造之路。

（二）弘揚(yáng)科學(xué)精神，成就更多科技創(chuàng)新人才

祖沖之一生所秉持的科學(xué)精神，是其取得巨大成就的關(guān)鍵因素。如果沒有堅(jiān)持真理的科學(xué)態(tài)度，沒有鍥而不舍、孜孜以求的實(shí)踐探索精神和創(chuàng)新精神，就不會有他在多個(gè)領(lǐng)域的輝煌成就。當(dāng)今時(shí)代，科學(xué)技術(shù)日益改變著人們的生產(chǎn)生活方式，“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”這個(gè)論斷，已經(jīng)被社會所普遍接受。然而，科學(xué)本身的另一重價(jià)值——科學(xué)精神，卻尚未轉(zhuǎn)換成為顯性力量。[8]我們應(yīng)當(dāng)深刻認(rèn)識科學(xué)精神在科技創(chuàng)新乃至整個(gè)社會發(fā)展中的巨大精神力量，在全社會大力弘揚(yáng)科學(xué)精神、培育科學(xué)精神，從而造就更多有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)目萍紕?chuàng)新人才。