祖冲之科学成就探因及启示

勾焕茹，张 静

（河北软件职业技术学院，河北 保定 071000）

祖冲之（429-500年），字文远，祖籍范阳遒县（今河北涞水县），是南北朝时期伟大的数学家、天文学家、机械制造学家。他出身于官宦门第、书香之家，先后担任过县令、公府参军、长水校尉等职务。祖冲之一生致力于认识自然、掌握自然规律、促进人类社会进步的科学研究，成就斐然。他创制的《大明历》使历法的精确度有了很大的提高，领先世界500余年；他制造的指南车，“圆转不穷，而司方如一”[1]，无论车子如何运行，都能准确指向南方；他计算出圆周率π达7位准确小数，发现“祖率”=355/113，超越时代约 1000年[2]；他研制出的一种水碓磨能利用水力同时舂米和磨面；他制造的千里船能够日行百余里；他与儿子祖暅的数学成就汇集《缀术》（已失传）在唐代曾被列为官办数学教学机构的教科书。

祖冲之科学成就的取得，固然有着多方面的因素，但最主要的因素当是其家学传统和他一生所秉持的科学精神。深入分析祖冲之取得伟大科学成就的原因，探讨并弘扬其科学精神，对于我们今天推动科技创新、建设科技强国具有重要的启示意义。

一、家学传统——祖冲之科学成就的环境因素

祖氏在家族传统上有着勤奋、爱国、潜心钻研等优良品质，这对祖冲之科学成就的取得起到了积极影响。祖冲之出身于显赫的范阳祖氏家族。西晋末年，为躲避战乱，祖冲之的先祖率族迁居江南，先是暂居京口（今镇江），后迁居建康（今南京）。当时，祖氏家族可以说是名流辈出，如品行贤达、文才出众的祖纳，爱国爱民、彪炳千古的军事家祖逖，“善撰志怪书”、创作神话小说的文学家祖台之等。特别是祖逖，他“闻鸡起舞”“竞著先鞭”的勤奋精神、“中流击楫”“枕戈待旦”的爱国之志，在祖氏家族中有着深远的影响。祖冲之正是继承这种家族传统，以坚忍不拔的毅力和不怕吃苦的精神，通过艰辛的努力，才得以制订出比前人历法更为先进的《大明历》，计算出超越时代上千年的圆周率，并完成了一系列发明创造。

科学文化气氛浓郁的家庭环境，对祖冲之的成长和成就的取得产生了重要影响。祖冲之出生在一个科学文化气氛浓郁的家庭，其曾祖、祖父、父亲皆在朝为官。据《南史·祖冲之传》记载：“曾祖台之，晋侍中。祖昌，宋大匠卿。父朔之，奉朝请。”[1]祖冲之的曾祖父祖台之曾任“侍中”一职，能出入宫廷，侍从皇帝左右，这对祖氏家族地位的稳定起到了重要作用，也为祖氏后人创造了良好的生活环境和家族文化氛围。祖冲之的祖父祖昌，任宋“大匠”卿之职，负责朝廷营建之事，精通土木建筑，擅长数学和天文。祖冲之的父亲祖朔之，曾任“奉朝请”之职，学识渊博，通历算。在这样的家庭环境中，通过耳濡目染，祖冲之在数学、历法、机械制造等方面的志趣和爱好得以培养。在《宋书·律历志》中载有祖冲之自述：“臣少锐愚，尚专攻数术，搜练古今，博采沈奥……”[3]说明祖冲之在家庭的影响下自幼就对数学很感兴趣，且能够博览群书。青年时代，祖冲之就以学问渊博、才智过人而闻名于世，受到宋孝武帝（452-464年）的赏识，“使直华林学省，赐宅宇车服”[1]，即命他到皇家最高学术机构——华林学省主持文史和科研工作，并被赐与房子、车和衣服。他的天文学著作《大明历》也在此期间完成。[4]出生在官宦世家的祖冲之一生为官，曾担任过南徐州（今江苏镇江市）从事史、朝廷公府参军、娄县（今江苏省昆山县东北）县令等官职。他一方面处理政务，为朝庭出谋划策（曾作《安边论》，建议朝廷开垦荒地，发展农业，安定民生，巩固国防）；另一方面，致力于对天文历法、数学的研究和机械制造发明，为中国的科学技术史增添了浓墨重彩的一页。

良好的家学渊源、优越的学术环境是祖冲之成长的外部原因。他一生不慕荣利、不畏权贵、不迷信权威，殚精竭虑、锲而不舍，潜心于科学研究和发明创造，在他身上始终能看到其父祖的身影。因此说，正是在这种家学传统和家庭环境的熏染下，才有了祖冲之一生的巨大成就。

二、科学精神——祖冲之科学成就的内在因素

科学精神是科学本性的主观体现，是人们在长期实践中积淀而成的最具科学理性的一种意识形态，是科学工作者取得科学成就的前提和保证。[5]祖冲之能够取得如此伟大而丰硕的科学成就，与他一生所秉持的科学精神是分不开的。

（一）坚持真理、勤于实践的科学态度

在祖冲之生活的时代，由于生产力水平低下，人类认识自然的能力极其有限，对自然的恐惧和敬畏使人生活在一个万物有灵的世界，“神秘”世界的解释权为少数人所垄断，神秘主义被特权阶层发展为蒙昧主义和专制主义。[5]反对谶纬迷信、追求真理是祖冲之科学精神的重要内涵。他始终坚持唯物论的世界观，努力探索自然规律，以达到认识和改造自然的目的。为了坚持真理，他敢于与权贵作斗争。比如他在进行历法研究时，坚持从天体运行的客观存在出发，去认识天体运行规律，他认为“迟疾之率，非出神怪，有形可检，有数可推。”[3]正是基于这种朴素的唯物主义思想，他创制了新历——《大明历》。公元462年，祖冲之上书皇帝，要求废除旧历改用新历，但遭到以戴法兴（宋孝武帝的宠臣）为首的儒家保守派的激烈反对，被指责“诬天背经”。为维护科学真理，祖冲之不畏权势，针锋相对地驳斥戴法兴的谬论，表现出大无畏的献身精神。

实践出真知，人类对客观世界的认识，归根结底是从实践中得来的。实践也是推动科学技术不断发展的动力。祖冲之在科学研究中非常注重实践，他发现当时使用的历法《元嘉历》并不精确，为了制定出更为精确的历法，在分析前人文献资料和观测记录的同时，不辞辛苦，常年累月地进行实际观测，对八尺高标杆的日影长度观测长达10年之久。他“亲量圭尺，躬察仪漏，目尽毫厘，心穷筹策”[7]，经过多年的天文观察，长年累月地测量日影，进行反复研究、实验和计算，最终编制出在闰年率、岁差值、回归年测算方面都更为精确的《大明历》。

（二）“博采沈奥”、孜孜以求的探索精神

科学研究成果的产生既离不开对前人成果的学习积累，也离不开对未知世界的勇敢探索。祖冲之自幼博览群书，善于学习继承先贤的研究成果。史书中记载他少年时便广泛研究学习古代典籍，且思维敏捷，构想奇巧，称他“稽古，有机思”[7]。青少年时代祖冲之对数学和天文学产生了浓厚兴趣，曾进行过长期的钻研。他“搜练古今，博采沈奥，唐篇夏典，莫不揆量，周正汉朔，咸加该验。罄策筹之思，究疏密之辨”[3]；“博访前坟，远稽昔典，五帝躔次，三王交分，《春秋》朔气，《纪年》薄蚀，谈、迁载述，彪固、列志，魏世注历，晋代《起居》，探异今古，观要华戎。书契以降，二千余年，日月离会之徵，星度疏密之验。专功耽思，咸可得而言也。”[7]从史书的记载中可见，祖冲之对历代经典著作进行了广泛的学习和深入的钻研。同时，祖冲之对前人经典的学习不是浅尝辄止，也没有仅仅停留在深入领会、学以致用的层面，而是深入探究其原理，并亲自验证。特别是对历代天文算术著作（如《九章算术》及刘徽的注、《重差》等），他用心探究，充分吸取前人的学术精华和学术营养来充实自己，从而为自己取得数学和天文历法方面的成就打下了坚实的基础。

（三）敢于置疑、“不虚推古人”的创新精神

创新是科学技术不断向前发展的重要推动力，没有创新精神就没有社会的进步和发展。对前人留下的知识和成果，要善于学习采纳，也要敢于置疑。而创新精神需要持批判的态度，任何科学理论和科学假说都要经受反复检验，通过批判旧的理论使其得到修正甚至完全用新的理论取而代之。当然，批判并非完全否定，而是说经批判后，科学理论逻辑体系更严密，实验证据更精确，进而不断打破成见，推陈出新。[6]

祖冲之科学成就的取得，关键就在于他敢于置疑、“不虚推古人”的创新精神。他尊重古人的研究成果，善于汲取前人积累下来的知识和经验，但不盲从，而是勤于思考，勇于创新，从而在数学、历法、机械制造上不断取得突破性成果。在古代，为了制造精密容器，人们需要圆周率π的准确值，至三国时期数学家刘徽计算出了圆周率的近似值3.14。祖冲之认为这个值还不够精确，并指出：“至若立员（圆）旧误，张衡述而弗改，汉时斛名，刘歆诡谬其数，此则算氏之剧疵也。”[3]他另辟蹊径，探求解决之道，最终将圆周率精确到小数点以后七位数，达到当时世界最先进的水平；在历法方面，他纠正了当时通行历法的错误，制订出了更为科学准确的《大明历》。正是因为祖冲之善于学习借鉴前人的研究成果，又不墨守成规，敢于置疑，勇于创新，故而在数学、历法、机械制造等多个领域都取得了重大的科学成就。

三、祖冲之科学成就给我们的启示

当今世界，科技发展日新月异，科技水平的提高推动着社会的进步和发展。科技人才做为科技创新的主体，是国家之间科技竞争的战略资源。因此，如何有效培养科技人才是需要我们研究的重要课题，而从祖冲之的成长经历及其取得成就的因素分析中，我们可以得到有益的启示。

（一）营造浓郁的科技创新氛围，引导更多青少年走上科技创造之路

从上述对祖冲之科学成就成因分析，可以清楚地看到，外部环境因素起到了非常重要的作用。祖冲之少年时就对数学、历法、机械制造等产生了浓厚的志趣，这得益于其良好的家学传统和家庭环境的耳濡目染，而正是这种自幼培养的兴趣爱好促使他在科学创造的道路上走向巅峰。由此可见，我们要想培养一大批科学技术人才，必须从培养青少年科学兴趣入手，营造良好的科技创新氛围。各级政府应高度重视青少年科技创新事业，积极出台相关政策，加强对科普知识的宣传，加大各级各类科技场馆建设力度并提升其社会服务水平，开展丰富多彩的科技创新体验活动，激发广大青少年探索科学奥秘的兴趣；学校作为人才培养的主阵地，要把营造科技创新氛围作为重要任务，开展形式多样的科普活动，组织学生参加各级各类青少年科技竞赛，对成绩突出的学生进行鼓励和表彰，更好地激发他们参与科技创新的积极性。青少年是科技创新的有生力量，只有营造浓厚的科学创新氛围，让科学探究、创新创造常态化，才能更好地引导他们学科学、爱科学，进而走上科技创造之路。

（二）弘扬科学精神，成就更多科技创新人才

祖冲之一生所秉持的科学精神，是其取得巨大成就的关键因素。如果没有坚持真理的科学态度，没有锲而不舍、孜孜以求的实践探索精神和创新精神，就不会有他在多个领域的辉煌成就。当今时代，科学技术日益改变着人们的生产生活方式，“科学技术是第一生产力”这个论断，已经被社会所普遍接受。然而，科学本身的另一重价值——科学精神，却尚未转换成为显性力量。[8]我们应当深刻认识科学精神在科技创新乃至整个社会发展中的巨大精神力量，在全社会大力弘扬科学精神、培育科学精神，从而造就更多有理想、有本领、有担当的科技创新人才。