關(guān)于用好祖沖之歷史資源、繁榮昆山科技文化的建議

一、祖沖之生平及成就

祖沖之，字文遠，祖籍范陽郡遒縣（今河北淶水），自幼生長于建康（今南京市）。他的祖父祖昌、父親祖朔之都曾在南朝做官，祖父是管理土木工程的官員——大匠卿，父親曾任奉朝清。祖沖之從小就對自然科學、文學、哲學等有濃厚的興趣，尤其喜愛數(shù)學、天文學、機械制造，每每“親量圭尺，躬察儀漏，目盡毫厘，心窮籌策”，表現(xiàn)了古今杰出科學家所共有的刻苦鉆研、堅持真理的精神。

祖沖之自劉宋時起，開始做品位不高的小官。大明五年（461年），皇族劉子駕出任南徐州（江蘇鎮(zhèn)江市）刺史，祖沖之在他手下任從事史。不久，劉子駕兼任朝廷中管理民政的司徒，祖沖之隨之在司徒府任公府參軍。大明八年（464年），祖沖之被委任為婁縣（昆山縣前身）縣令。公元479年，南齊滅劉宋，他仍留任婁縣令。

祖沖之淡泊仕途，他熱衷的始終是天文歷法、數(shù)學、機械制造，乃至音樂、哲學和古代各種經(jīng)典的學術(shù)研究領(lǐng)域，以一位博學多能、多才多藝的科學家身份聞名于世。祖沖之最為出色的貢獻是在數(shù)學領(lǐng)域里。他精于計算，注釋古代數(shù)學名著《九章算術(shù)》。在研究《九章算術(shù)》時，不迷信前輩成就，認為早他100多年的數(shù)學家計算求得的圓周率值不夠精密，經(jīng)過深入研究之后，終于求得π的近似值在3.1415926—3.1415927之間。在數(shù)學史上，祖沖之關(guān)于圓周率的計算精度領(lǐng)先了十個世紀，因此，現(xiàn)代數(shù)學界將“圓周率”稱為“祖率”。

祖沖之還編制了新歷法——《大明歷》?！洞竺鳉v》有兩大貢獻。一是改革置閏天法。在他制定大明歷以前，我國一直使用的是《元嘉歷》，《元嘉歷》采用的是古代十九年加七個閏月的閏法，每二百年比實際多出一日，與天象不合?！洞竺鳉v》將其改為三百九十一年置一百四十四閏，這樣就較符合天象實際了。二是首次把歲差引入歷法。太陽在第二年冬至點沒有回到上一年的冬至點的天文現(xiàn)象叫歲差，由東晉天文學家虞喜所首次發(fā)現(xiàn)，計算出一個陽年（回歸年）是365.2428148日，與近代科學測量比較，一年只差五十秒。祖沖之經(jīng)過長期觀測，證實歲差，同時又測出月亮環(huán)行地球一日的時間是27.21223日，與近代測量比較，相差還不到一秒。這些都是我國歷法史上劃時代的成果。

在著述方面，祖沖之一生著《易》、《老》，釋《論重》、《詩經(jīng)》。注《九章》，著《綴術(shù)》數(shù)十篇。他所著《綴術(shù)》因?qū)W官不理解其深奧的道理，在當時被“廢而不理”。到了唐朝，《綴術(shù)》被立為學校課本，中世紀時日本、朝鮮等國也以《綴術(shù)》為教材。

除數(shù)學和天文歷法外，祖沖之還制造過各種奇巧的機械。包括制造指南車、木牛流馬、千里船等等，都獲得了成功。利用水力磨米的水磨和磨粉的水磨是我國古代勞動人民的發(fā)明，西晉初年杜預改進成為連機服和水轉(zhuǎn)連磨，祖沖之在此基礎上又把水碾和永磨結(jié)合起來，制造成功水碓磨，使生產(chǎn)效率更加提高。這種工具直到現(xiàn)在還在南方農(nóng)村中使用。

祖沖之以他的輝煌成就，為中國的科學史冊增添了光彩。法國巴黎“發(fā)現(xiàn)宮”科學博物館的墻上，祖沖之的名字同世界著名科學家的名字并列；俄羅斯莫斯科大學禮堂前的走廊上，有祖沖之的彩色塑像，月球背面以各國杰出科學家命名的環(huán)形山中，有一個是以祖沖之命名的。祖沖之的名字，還伴隨著中國科學院紫金山天文臺發(fā)現(xiàn)的一顆小行星遨游太空，永放光芒。

二、祖沖之的發(fā)明多與昆山有關(guān)

祖沖之與昆山有著不解之緣，在昆山生活的經(jīng)歷是他科學研究上重要的一環(huán)。公元464年冬，時年三十五歲的祖沖之奉命就任婁縣（今昆山）縣令。關(guān)于祖沖之在昆山的任職時間，一說南朝宋明帝泰始六年（470年），朝廷設立總明觀（又稱東觀），祖沖之隨后在總明觀任職。另一說宋朝末年，大約在475年左右，祖沖之才離開昆山任建康謁者仆射，但還有說到劉宋滅亡他還在昆山任職。不管何說，祖沖之人生的黃金時期35歲至40多歲在昆山度過，充沛的精力加上青年時積累的經(jīng)驗進一步激發(fā)了他對科學研究和發(fā)明創(chuàng)造的熱情。任職期間，他在數(shù)學、天文學、機械、農(nóng)具改良等方面都取得了不小的成就。

在昆山取得這些成就，從祖沖之的履歷上也可以得到佐證。祖沖之后來離開昆山后，至朝廷設置的一個專門研究學術(shù)的官署——華林學省，后又在總明觀任職。華林學省、總明觀是最高國家學術(shù)機構(gòu)。他真正與勞動人民深入接觸的機會主要在昆山，特別是那些機械發(fā)明都直接為生產(chǎn)服務，其在昆山完成也就成為可能。他在昆山生活的十多年里，深入百姓生活，關(guān)心百姓疾苦，充分發(fā)揮自己的聰明才智為人民造福。有幾項發(fā)明分述如下：

1.圓周率的完善和利用

關(guān)于圓周率在何處發(fā)明，史書上無明確記載，一般認為推算圓周率是為了制定《大明歷》（公元462年前），而祖沖之兩年后才到昆山，但無確證。也有說法是公元464年他才開始研究圓周率，那么，其成果應是在昆山完成的。不過，不管如何，祖沖之將圓周率推算到小數(shù)點后七位，這個推算過程恐怕不是一朝一夕完成的，而是在推廣和應用中不斷完善的。所以，他在婁縣（今昆山）任縣令后完善并推廣應用圓周率是合理的。他利用圓周率的研究成果，幫助昆山百姓解決了生活、生產(chǎn)上遇到的種種困難；同時在這個過程中收集反饋意見、繼續(xù)深入推算、不斷完善圓周率的研究成果。在這個過程中，解決了農(nóng)業(yè)、手工業(yè)、建筑業(yè)上諸多難題，又完善了學術(shù)研究成果，可謂一舉兩得。

昆山民間有這方面的傳說。有一回，祖沖之遇到這樣一件事：一個農(nóng)民前來縣衙喊冤，聲稱被鄉(xiāng)里頭人盤剝，多收了賦稅，他只有不足半畝地，頭人卻算作一畝四分，這令他萬萬不能接受。祖沖之到現(xiàn)場查看后發(fā)現(xiàn)，這個農(nóng)民的田靠近陽澄湖邊，田地與湖水的交界是一道天然的弧線，當?shù)厝苏l也不會精確計算帶圓弧的土地面積，所以讓頭人鉆了空子。于是祖沖之便運用圓周率重新計算了這塊地的面積，最終得出結(jié)論這塊田的確只有四分左右。他將演算過程一五一十地展示給眾人，使他們心服口服，不敢再隨意捏造田地面積、壓榨農(nóng)民。

祖沖之陸續(xù)解決了很多類似的爭端，教會農(nóng)民計算帶弧線的、三角形的、梯形的不規(guī)則田地的面積，免受地主鄉(xiāng)紳的惡意盤剝，減輕了農(nóng)民的負擔。

2.巧建牛車棚

南北朝時期生產(chǎn)力不夠發(fā)達，耕牛是農(nóng)耕文明的重要勞動力，昆山人民很早就懂得役使耕牛犁地、戽水。祖沖之在任上時，有一年適逢大旱，田間秧苗奄奄一息。農(nóng)民為了保證收成，不得不拼命驅(qū)使耕牛戽水灌溉田地。炎炎烈日下，不少耕牛因此病倒。

一天，次祖沖之在田地間巡行，看見一對祖孫在唉聲嘆氣，他趕忙上前詢問原因，原來是他們家里唯一的耕牛因為酷熱病倒了，老人和孫子無力推動水車，只能眼睜睜看著田里的莊稼旱死。祖沖之望著白發(fā)蒼蒼的老人和黃發(fā)垂髫的小兒，深感肩上責任重大?；氐郊抑?，他顧不上休息，在院子里一邊踱著步子一邊冥思苦想。忽然他感到一陣清涼，原來是兒子祖暅體恤父親辛苦，為他撐傘遮陽。祖沖之靈機一動，心里冒出一個絕妙的點子：原先耕牛都是直接暴露在露天里勞動，只要做一個簡單的裝置擋住太陽，不就能保護耕牛了嗎？

他立刻回到田邊，動員了一群農(nóng)民幫助祖孫倆在水車上搭建了一個簡易的棚子，將水車與耕牛都安置在里面，這樣一來就保護了耕牛免于日曬之苦。祖孫倆對祖沖之感激不盡，他卻沒有沾沾自喜，而是帶人將這項發(fā)明推廣開來，讓整個昆山以及周邊地區(qū)的農(nóng)民都受惠，解決了大旱時期高強度的戽水問題。

3.發(fā)明水碓磨

昆山自古是魚米之鄉(xiāng)，宜人的氣候、肥沃的土壤保證了糧食產(chǎn)量。但糧食多了，舂米和磨粉就成為了苦差，往往占用大量人力畜力。祖沖之在昆山當縣令的時候，目睹了人們付出一年辛勞、終于豐收后的喜悅，也看到了他們被豐收后帶來的新的勞作壓垮，如何將勞動力從辛苦的勞動中解放出來？祖沖之一直在思考這個問題。

西漢末年時我國勞動人民已經(jīng)發(fā)明了水碓，它是利用水力舂米的機械。通過流水沖擊立式水輪產(chǎn)生動能，使碓頭一起一落地進行舂米。晉代時人們還發(fā)明了水磨，它的動力部分是一個臥式水輪，在輪的主軸上安裝磨的上扇，流水沖動水輪帶動磨轉(zhuǎn)動。

水碓和水磨乍看起來工作方式不同，用途不一，沒有什么關(guān)聯(lián)，祖沖之卻看到了兩者的共性：都是利用水勢落差產(chǎn)生的動能來推動機械工作。于是他在先人的基礎上提出一個大膽設想，把水碓和水磨構(gòu)連起來，將二者的功能相結(jié)合，設計出可以同時舂米和磨粉的全新水能機械——水碓磨。水碓磨在昆山設計、制造、不斷改進，在祖沖之回到南京后試驗成功。當時南齊武帝還親臨樂游苑觀看水碓磨，給予了高度評價。從此水碓磨在南方農(nóng)村推廣開來，成為農(nóng)民生產(chǎn)生活的好幫手。

4.復原改良木牛流馬

祖沖之在昆山還有一項偉大的成就就是復原改良木牛流馬。

木牛流馬最早在春秋時就有記載，魯國的木匠宗師魯班為他的母親造了木牛流馬，“機關(guān)具備，一驅(qū)不還”。三國時期，諸葛亮也造出了木牛流馬，據(jù)說解決了十幾萬大軍的糧草的運輸問題。木牛流馬是相當復雜神秘的機械，常人難以制造，因此典籍記載只有區(qū)區(qū)幾人會造。但祖沖之以他天才的創(chuàng)造力成功造出了木牛流馬。

當時昆山一帶的運輸方式主要是水路和陸路，水路靠船，陸路靠牛馬和人力。在陸路上運輸費時費力又效率低下。為了解決這個問題，祖沖之破解了諸葛亮的發(fā)明，成功造出改良后的木牛流馬。后人推測木牛流馬可能分為木牛和流馬兩部分。木牛類似于發(fā)動機，它采用了助力機構(gòu)，里面采用的有齒輪機構(gòu)，曲柄連桿機構(gòu)。人推動木牛時，里面的曲柄連桿機構(gòu)通過齒輪帶動飛輪，飛輪運行起來后，又因為飛輪的慣性，給木牛以助力，這樣就達到了省力的目的。流馬的結(jié)構(gòu)類似于一輛板車，通過改變了它的重心和軸承部分，使它比以前的板車用起來更省力。據(jù)史料記載，當時人們使用的木牛流馬不需要借助風力水力，更無須人力推動，只要操作機械就能自動前進，大大減輕了人們在運輸上付出的勞動。雖然木牛流馬的制作方法最終失傳了，但這項天才發(fā)明為當時人們的生活提供了便利，也充分體現(xiàn)了祖沖之學為民用的思想。

三、積極利用祖沖之歷史文化資源

1.開發(fā)特色文化旅游。

可以利用祖沖之的科技成就和他在中國科技史上的崇高地位，開發(fā)特色文化旅游項目。祖沖之在昆山生活十多年，留下了很多發(fā)明創(chuàng)造，對改良農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，改善人民生活作出了很大貢獻。但目前為止昆山還沒有一個專門介紹祖沖之的紀念館。建議選擇合適的地點建立祖沖之紀念館，給廣大市民一個學習、憑吊祖沖之的專門場所。

紀念場館面積不一定很大，在布館上可重點突出他在昆山的生活軌跡、發(fā)明創(chuàng)造以及對今天昆山的貢獻?？稍陴^內(nèi)樹立祖沖之的蠟像，復原他在縣衙工作的場景、在田間為農(nóng)民解決數(shù)學難題的情景、科研發(fā)明的場景。同時打造綜合體驗區(qū)，集中展示祖沖之在昆山的發(fā)明創(chuàng)造成果，如木牛流馬模型、水碓磨模型等。通過數(shù)字動畫與實物相結(jié)合的方式，演繹這些發(fā)明的工作原理，給參觀者和游覽者更直觀的感受，使之成為具有科技特色的旅游景點。

2.做好祖沖之研究、宣傳和教育工作。

（1）目前對祖沖之的研究還有很多空白，他的生平經(jīng)歷也沒有完全理清。為充分挖掘祖沖之與昆山的聯(lián)系，進一步弄清他對昆山的貢獻，應大力開展祖沖之研究，對研究成果進行必要的獎勵。

（2）在城市街景中重塑祖沖之雕像，供人瞻仰。在市民文化廣場或其他城市公園、綠地上重塑祖沖之在昆山為民造福的場景，將牛車棚、水碓磨等發(fā)明創(chuàng)造復原出來并加以文字說明。也可將有關(guān)道路命名為祖沖之路。

（3）為了加深市民對祖沖之的了解，建議在報刊、電視、網(wǎng)絡等媒體上開展一系列宣傳活動。如拍攝祖沖之的相關(guān)電視片、舉辦征文活動、舉辦全市小發(fā)明比賽等。通過多種渠道，擴大祖沖之科研精神的影響。

（4）在大中小學校、少年宮等機構(gòu)加強祖沖之事跡的教育，鼓勵青少年開動腦筋、積極思考。常年開展“祖沖之杯”系列活動，可圍繞小發(fā)明數(shù)學競賽等內(nèi)容，開設發(fā)明創(chuàng)造興趣小組、機械制造活動班、趣味數(shù)學班等課外活動班，培養(yǎng)青少年的動手能力、創(chuàng)新思維，繼承祖沖之的科研探索精神，為昆山的創(chuàng)新之路培養(yǎng)后繼人才。

祖沖之留給昆山一筆十分寶貴的精神財富。繼承和發(fā)揚祖沖之的創(chuàng)新精神，對于科技興市，推動昆山科技創(chuàng)新，是不無裨益的。