第三节 先秦文明
大约从公元前21世纪开始至公元前221年秦始皇统一中国前，这段历史称为先秦时期。先秦时期包括夏、商、西周三个王朝和春秋战国两个时代。先秦时期，中国在经历了漫长的原始社会之后，进入了奴隶社会。在这2000多年里，古老的中国人在天文、历法、算术、农业、医学及手工业等方面的科技发展取得了举世瞩目的成就。先秦对中国科学技术起了奠基作用。
一、青铜时代向铁器时代的演进
(一)社会形态变革与古代科学技术的奠基
青铜时代在考古学上是以使用青铜器为标志的人类文化发展的一个阶段。世界上最早进入青铜时代的是两河流域和古埃及等地，开始于公元前3000年。中国的青铜文化起源于黄河流域，始于公元前21世纪，止于公元前5世纪，大体上相当于文献记载的夏、商、西周至春秋时期，约经历了1500多年的历史。这与中国奴隶制国家的产生、发展及衰亡相始终。
夏朝创建了帝位世袭制度，周制比夏商进步，但也是夏商制度的沿袭，这种制度是社会发展过程中划时代的大进步。奴隶社会中明显地存在两个阶级——统治阶级和奴隶阶级，既有阶级，也就有国家。夏是国家机构逐渐形成的朝代，商和西周是国家机构已经形成和逐渐完善的朝代。西周是一个强盛的奴隶制国家，其经济比商代有更大发展。从西周共和元年，即从公元前841年开始，中国才有了准确可靠的统一的纪年。奴隶制的出现是合乎社会发展规律的进步现象，它促进了社会分工、社会生产和科学文化艺术的发展。青铜器的普遍使用是这一时期最具代表性的标志。
图16 司母戊大方鼎
图17 羊鼎(今人仿造)
人类制造、使用工具，是人类文明开始的标志。人类在寻找石器时认识了矿石，在烧制陶器时发明了金属冶炼。原始的冶铜术为古代冶金技术奠定了基础，冶金技术的发展又为运用青铜制造生活用具、生产工具和武器提供了条件。以铜为主的金属工具的问世和使用，提高了社会生产力，推动了人类社会的发展进步。农业同畜牧业的第一次社会分工在原始社会的新石器时代就已经出现。到夏、商、西周时期，又出现了手工业从农业中分化出来的第二次社会大分工。
奴隶制的出现促进了社会分工、社会生产和科学文化艺术的发展，这一时期的科学技术在原始社会的基础上有了巨大的进步，是中国古代科学技术知识和思想的幼苗展叶时期，在世界文明史上也占有重要的地位。
铁器时代是人类发展史中一个极为重要的时代，在考古学上，它以能够冶铁和制造铁器为标志。铁器的广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域，促进了社会经济的发展，导致了世界上一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动了一些民族脱离了奴隶制的枷锁而进入了封建社会。中国进入铁器时代，大约在春秋战国时期。
春秋战国时期可以说是我国古代科学技术的全面奠基时期，也是第一次大发展时代。这一时期，奴隶制度开始瓦解，封建制度开始形成，社会形态出现大变革局面；奖励耕战政策促进了农业、手工业、商业等行业的大发展，城市也随之繁荣；思想解放，学术自由，百家争鸣，在中国形成了思想领域第一次空前的发展高潮。这一时期取得的科技成果不仅赶上而且超过了早期科学技术最发达的古希腊，在中国科技史上占有重要的地位，是中国科学技术知识和思想茁壮成长的重要时期，为秦汉及其后的科技发展奠定了坚实的基础。
(二)知识分子的出现与文字的诞生
夏商周社会经济的发展，财富的增加，使得一批人从体力劳动中解脱出来，专门从事脑力劳动。商代，出现了专门从事管理国家、管理生产和从事宗教科学文化事业的职业，如尹、卿士、小臣、司工、卜、占、巫、史等。到了西周，出现了“士”这一专门从事脑力劳动的阶层。社会出现了第三次大分工——脑力劳动者与体力劳动者之间的分工。
春秋战国时期各诸侯国林立，各种势力为了自身的利益和在夺权斗争中取得胜利，都需要舆论上的准备和思想上的支持，特别是需要笼络收买社会上的智能之士为他们出谋划策，承担处理大量的军政外交事务。在这种形势下，原来由奴隶主阶级垄断文化教育的“学在官府”的制度受到冲击，社会上私学兴起。特别是从孔丘开始的私人讲学活动，使原来被统治阶级垄断的文化知识普及到社会上并不当权的平民即“国人”之中，社会上由此产生了一批受过礼、乐、射、御、书、数“六艺”教育的“士”。这一大批来自“国人”的“士”，在中国从奴隶制向封建制的转变中发挥了很大的作用。
只有出现了脑力劳动者之后，自原始社会开始的结绳记事以及一些书写的符号，才能被整理创造发展成文字。
“仓颉造字”是中国古代最早的关于文字的传说。《荀子·解蔽》记载：“好书者众矣，而仓颉独传者壹也。”相传仓颉是黄帝时期创造文字的史官，他仰观天象、俯察鸟兽虫鱼之迹，总结远古各部落的刻画符号首创文字，从而结束了远古先民结绳记事的历史，后人尊之为“造字圣人”、“文字鼻祖”。鲁迅先生则认为：“……在社会里，仓颉也不是一个，有的在刀柄上刻一点图，有的在门户上画一些画，心心相印，口口相传，文字就多起来了，史官一采集，就可以敷衍记事了。中国文字的来由，恐怕逃不出这例子。”[9]也就是说，汉字当然不可能是仓颉一个人创造出来的，而是由许许多多的像仓颉这样的人慢慢丰富起来的，仓颉只不过在这些人当中比较重要、起的作用比较大而已。我们所重视的不是到底是不是仓颉造的汉字，而是造字这件事本身的意义。汉字的出现，标志着中国历史走进了有文字记载的时代，是历史长河中的一件大事，对后世也有着重要的影响。
甲骨文，被认为是现代文字的早期形式，也是中国现存最古老的文字。1899年在河南安阳殷墟发现，先后共出土达10万余片。据《甲骨文编》载，已发现的甲骨文单字在4500字左右，可认识的约1700字。这些甲骨文所记载的内容极为丰富，涉及商代社会生活的诸多方面，不仅包括政治、军事、文化、社会习俗等内容，而且涉及天文、历法、医药等科学技术。甲骨文的文字结构不仅已经由独体趋向合体，而且有了大批的形声字，是一种相当成熟的文字。后来又在陕西的扶风、岐山一带发现一些西周时代的甲骨文。
商代还出现了其他文字形态，如金文、陶文等。从半坡出土的刻画符号，到黄帝时代仓颉造字的传说，再到商周时代的甲骨文、金文，汉字日趋成熟定形。有了文字，各项知识才能被记录下来，技术也才能脱离“口传身教”的阶段。同时也促使科学开始以经验科学形态从生产技术中分化出来。
(三)百家争鸣中的自然宇宙观
春秋战国时代，王权衰落，奴隶制度解体，奴隶主贵族独占文化的局面被打破。继而呈现出群星灿烂、盛况空前的诸子百家争鸣局面，是我国古代史上光辉的一页，并形成了中国历史上的第一次人文文化高峰。
当时各学派不仅辩论人文社会科学命题，也讨论了许多重要的自然科学问题，促进了科技文化的较快发展。
1.天命观
从原始社会发展到奴隶社会，生产力有了极大的发展，物质财富有了极大的积蓄，人们对命运开始了比较自觉的思考，宗教思想和自然观发生了很大的变化。“万物有灵”的观念已被宇宙间有一个至高无上的神的观念所替代。商人的祖先是顺从天命，吞了鸟蛋而生的。周人的祖先是踩了“天帝”的足迹而孕育的。虽然这是荒诞的传说，但这个传说却蕴藏着我国先民们一个共同的精神信仰，即他们的始祖都是“天帝”的子民。“帝”是有意志的人格神。从现今出土的甲骨卜辞以及鼎器铭文上看，“受命于天”刻辞的不止一次出现说明早在殷周时期，天命观就已经在一些人的头脑里扎根了。不仅氏族的起源是“天帝”的意志，就连人类社会的典章制度也是由“天帝”所决定，上至天子的人事安排、下到百官的职位设置，人的贫富贵贱、死生寿夭、吉凶祸福等等，都要靠这位至高无上的“天帝”来安排，是终身不变、千古永恒的。只要敬天遵命，不逾法度便吉祥和顺；而逆天命无法度便咎由自取。这种天命观束缚了科学技术的发展。
2.阴阳五行和八卦说
商周时代，具有朴素唯物自然观因素的阴阳说和五行说在酝酿中。到战国时代，这一学说才发展成较为完整的形态。早期的阴阳说和五行说是同认识和揭示宇宙万物本源的最初尝试密切相关的。
周幽王时(约公元前781—前771)，王室衰微，郑桓公问史伯：周是否要亡了？史伯就以五行说来解释说：世上万物都是由金木水火土五种基本元素构成的，又以土为主。土分别与金木水火四种元素“和”成百物。相反，“同”则不能生成百物。周幽王“去和而取同”，非灭亡不可。[10]
西周末年还出现了阴阳说。阴阳的最初意义，是指日光的向背，向日为阳，背日为阴，后来引申为其后的寒暖。古代思想家看到一切现象都有正反两方面，就用阴阳这个概念来解释自然界两种对立存在、相互消长的物质势力。天气属于阳气，性质是上升的；地气属于阴气，性质是沉滞的。阴阳二气上下对流而生成万物。相反，阴阳气不和，自然界就要发生灾异。西周末年士大夫伯阳甫认为地震的发生是源于阴阳的“失序”。
阴阳五行说是为解释各种自然现象而提出来的，反映了中国古代科学家对自然的一种理论思考，尽管其中有着非科学理论的东西，但毕竟是古人对自然现象的一种早期认识，正是在这个意义上，李约瑟认为“五行概念本身实质上是一种自然主义的，科学的概念”[11]。在早期对中国古代科学的发展是起了积极作用的。
八卦是《周易》中八种基本图形。它以八种符号即乾、坤、震、巽、坎、离、艮、兌分别代表天、地、雷、风、水、火、山、泽。它们是由阴和阳不同的二爻排列而成的。把这八卦再相互排列重叠，就可以产生64卦。“八卦说”包含了由阴阳的不同排列而构成万事万物和由阴阳排列的变化导致万物变化的思想，包含着自发的朴素的辩证法思想。
3.天地为什么不坠不陷
战国时期那种以四只鳖足撑着天、海龟驮着地的神话传说已经无法令人相信了，“寰则九重，孰营度之？惟兹何功，孰相作之？斡维焉系？天极焉加？八柱何当？东南何亏？”诗人屈原在《天问》中一口气提出了170多个问题，这些问题充满着对传统经书中关于宇宙和地球起源信史化传说的不信任，表现出战国时代哲人的问题意识。
关于天地为什么不坠不陷，当时学者从物质世界本身寻求答案，出现了多种学说：计有水浮说、气举说、运动说等多种说法。其一，水浮说。认为“地之东西二万八千里，南北二万八千里，其出水者八千里，受水者八千里”[12]。意思是地是一个长方形的有限实体，一半没在水里，一半露出水面，在水而浮，于是不陷。其二，气举说。认为“地为人之下，太虚之中者”，并有“大气举之”。[13]地是广漠太虚中的一物，其四周皆为太虚，人居地上，地在人下，地依靠大气的举力而悬于太虚之中。其三，运动说。“天地不可留，故动，化故从新，是故得天者高而不崩”[14]。认为由于天地都处于不停的运动之中，才使得天地不至于崩塌。
在今天看来这些解释有的显得幼稚，但也包含合理和科学的因素，它们又都是汉代浑天说和宣夜说的思想胚芽。
4.宇宙本原与无限性
关于宇宙本原和宇宙无限性问题也有多种说法。春秋战国初期，阴阳五行说仍然是关于宇宙万物本原的一种重要学说。比如水本原论者认为“水者何也？万物之本源也，诸生之宗室也”[15]。把水作为包括生物界在内的万物本原，构成万物的最基本的元素；气本原论的代表人物战国中期的尹文等提出：“凡物之精，此则为生。下生五谷，上为列星。流于天地之间，谓之鬼神；藏于胸中，谓之圣人。是故名气。”[16]认为物质性的“气”是宇宙万物的本原，荀子进一步发展为元气说；道本原论者则认为“有物混成，先天地生。寂兮寥兮，独立不改，周行而不殆，可以为天下母。吾不知其名，字之曰道，强为之名曰大”。老子认为宇宙万物的本原是看不见、听不见到、摸不着的“道”。“无，名天地之始；有，名万物之母”[17]。道生于无，万物的产生是从无生出有的。
关于宇宙的有限无限，也有多种认识。宋伊学派认为“气”可以小到无穷小，大到无限大；惠施则认为万物都是由“小一”组成的。“一尺之棰，日取其半，万世不竭”[18]，说明物质的无限可分性。墨子则坚决反对物质的无限可分性，认为有形的物质分割到不能再分为两半时，叫做“端”，是物质的最小单位。“小一”和“端”两个概念的提出是人们对当时微观世界的思辨性探索取得的重要成果，是关于极限概念的一种表述。
上述关于自然观的说法，各家不尽相同，它们在争鸣中，或取长补短，相得益彰，丰富和发展着对某一问题的认识；或者在针锋相对，互不相让的争论中把问题引向深入。这种学术争鸣对科学的发展有很大的促进作用。
二、辉煌的科学技术成就
(一)冶铁与采矿技术
金属的冶铸、加工和金属工具的使用，是人类文明的一个转折点，中国至今还保有关于华夏族的祖先冶金的远古传说，四千多年前的中国人民就已经能够开采铜矿石炼铜，殷商末年，已经铸造出1750斤重的司母戊鼎。随着青铜炼制工作的需要，锡、铅矿也被开采使用。3000多年前，中国人开始用陨铁，春秋战国时期，已经掌握了铸铁技术，铁制工具已经在农业和手工业生产中得到应用。先秦的冶金技术，按照先后顺序可以分为青铜时代(夏、商、周朝)和铁器时代(春秋战国)，他们在冶金技术上都取得了重大的突破。
1.青铜冶铸
青铜是红铜和锡或铅的合金，因为色青，故称青铜。它具有熔点低(700℃～900℃之间)、易于浇铸、很高的抗磨性和较好的化学稳定性等特点，与石器工具相比，青铜器工具更为锋利、耐用。
铸造青铜器必须解决采矿、熔炼、制模、翻范、铜锡铅合金成分的比例配制、熔炉和坩埚的制造等一系列技术问题。湖北铜绿山发现的古铜矿，证明当时在采矿、配矿、冶炉砌筑及冶炼方面均达较高水平。从使用石器到铸造青铜器是人类技术发展史上的飞跃，是社会变革和进步的巨大动力。
中国的青铜器时代以大量使用青铜礼器和生产工具、兵器为特征。目前所知最早的中国典型青铜文化为夏代晚期的二里头文化，从出土的生产工具、兵器、工具和乐器如爵、斝、鼎、铜铃、铜凿、铜镞等青铜器来看，铸造技术相当成熟，已非初始的形态。这些发现，说明了中国早期的铜器制作，已从单范的工具铸作进入多范合铸的制铜新工艺阶段。青铜生产工具的出现，在生产力的发展上起了划时代的作用。从此，虽然石器没有完全被淘汰，但石器时代终于被青铜时代所代替。
经过商代早、中期的发展，到商晚期和西周早期，青铜冶铸业达到高峰，制作精湛的成套礼器和乐器数量、品种之多空前绝后。商朝晚期铸造的司母戊鼎，重达1750斤，并且铸有非常精致的蟠龙、饕餮纹，体现了对自然力量的崇拜，堪称青铜器的代表作。从西周早期始，礼器上普遍铸有长篇铭文。西周的周原遗址和丰镐遗址中，发现了大量的青铜礼器，反映出中国古代社会的礼制已成熟。从西周后期至春秋时期，金属货币大量流通。青铜铸造工艺取得突出发展，出现了分铸法、失蜡法等先进工艺技术。到战国时期，随着铁器的推广，青铜制造业才逐渐衰落。
2.合金配比规则
中国青铜技术到达成熟的一个重要标志就是青铜合金配比规则的出现，即按照青铜器的不同用途和性能要求，配置不同比例的青铜合金。青铜有铜锡合金、铜铅合金、铜锡铅合金之分。人们在青铜冶铸的长期实践中，已直观地认识到合金成分、性能和用途以及它们之间的关系。春秋战国时期的《考工记》中有详细说明：“金有六齐。六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐。五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐。四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐。三分其金而锡居一，谓之大刃之齐。五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐。金锡半，谓之鉴燧之齐。”在此，“金”指的是青铜，“齐”则是合金的称谓。后经考证，“六齐”大体上反映了合金配比的规律，它是世界上最早有关合金配比经验的科学总结。
3.冶铁
铁在自然界分布极广，是地壳的重要组成元素之一。人类知道铁，并不比认识青铜晚。因为天然的纯铁在自然界几乎不存在，铁矿石的熔点也较高，又不易还原，所以人类利用铁较之铜、锡、铅、金等还要晚些。早期的铁器，如在埃及前王朝时期的墓葬及乌尔王陵里发现的铁器，在我国河北省藁城县台西村出土的一把商代铁刃青铜铖，北京平谷刘家河商朝遗址出土的铁刃铜钺等，经鉴定，均为陨铁。陨铁是一种天然铁，是铁和镍、钴等金属的混合物，含铁量较高。地球上的天然铁是少见的，所以铁的冶炼和制造经历了一个很长的时期。人们在冶炼青铜的基础上逐渐掌握了冶炼铁的技术。
世界上许多民族都先后掌握了冶铁技术。居住在美尼亚山地的基兹温达部落在公元前2000年时，就发明了一种炼铁的有效方法，后来逐步传开了，小亚细亚的赫梯人在公元前1400年左右也已掌握了冶炼技术，两河流域北部的亚述人，在公元前1300年已进入铁器时代。
中国何时发明铁器，过去说法不一。中国最早的关于使用铁制工具的文字记载，是《左传》中的晋国铸铁鼎。河南三门峡虢国墓地2001号墓发现的铜柄铁剑等，是黄河流域中原地区发现的最早的人工冶铁制品实物，说明至少在公元前8世纪的西周末期已有铁器。在春秋时期，中国已经在农业、手工业生产上广泛使用铁器。在中国，生铁和块炼铁几乎是同时出现的，这使中国古代的冶铁工艺在世界上处于领先地位。
1964年，在江苏六合程桥镇出土的春秋晚期的铁块，经鉴定是白口生铁。这是迄今为止，我国出土并经过鉴定的关于生铁冶铸器物的最早实物见证。到了战国中晚期，铁器在农业、手工业生产中已经逐步占据了主导地位，目前出土的战国铁质生产工具大约十六种左右，其中大部分是生铁以及它的柔化处理件，块炼铁则处于辅助地位。洛阳水泥制品厂战国早期灰坑遗址出土的一件铁铲，在銎(qióng)部(装柄的孔)有部分金属残留，考察显示为黑心可锻铸铁组织，上面分布着团絮状退火石墨，这是到现在为止世界上经过科学分析的最早的铸铁可锻化淬火处理件。说明中国在战国时期已可以生产高强度铸铁，比欧洲早2000多年。战国中晚期后，可锻化处理工艺有了比较大的发展，分布地域更加广阔，如在北方有河北易县燕下都遗址的铁？、铁锄、铁？等，在南方有湖北包山出土的空首斧、湖南长沙出土的铁铲等；部分器件已经处理得比较好，器件断面基本上是可锻铸铁组织，中心没有白口铁残余，如燕下都的铁鐏等。这些都表明了到战国时期，我国生铁冶炼技术已经有了比较大的发展。
由于铁比青铜坚硬，铁器的使用增强了人类改造自然的能力。自然界中铁矿分布又远比铜矿普遍，冶铁术的进步推动了铁质农具的广泛使用，推动了生产力的发展。铁器的广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域，生产力得到极大的提高。从此人类告别了石器，迈向了更为先进更为文明的新时代。
4.采矿技术
从石器时代进步到青铜器时代，再向铁器时代演进，必须以对矿物的认识和矿产的寻找、开采和冶炼事业的发展作基础。我国早在春秋战国时期就积累了丰富的寻矿经验，采矿技术取得了长足的进步。
《山海经·五藏山经》、《禹贡》等著作中，都有关于矿物知识的记载，这些知识就是对石器时代到铁器时代人们对矿物的认识和使用的总结。《山海经》记载了矿物89种，包括金属矿、非金属矿和各类怪石、垩土等；记载产地309处，山上、山下，山阴、山阳，水中等描述，比较详细地道出了矿产之所在等。《山海经》的出现比希腊学者泰奥弗拉斯托斯(约公元前372—前287)于公元前3世纪写的《石头志》(书中只记载了16种矿物，分金、石、土三类)早了200年左右。
1974年，湖北大冶铜绿山发掘出的春秋战国时期的古铜矿井，见证了我国采矿技术的发展。春秋时期矿井分成竖井和斜井两种，深约40米，到战国时期，井深已达50余米，并且利用竖井、斜巷及平巷组成了较合理的矿井体系。使井下的通风、排水、提运、照明和竖井、巷道的支护等一系列复杂的技术问题得到了较好的解决。
(二)精耕细作农业的形成
先秦农业自夏、商、周诸代起，生产力就得到逐步发展，从殷墟出土的甲骨片来探讨，与农业有关的甲骨片达四五千片之多，说明当时人们十分关心农业，经常讨论发展农业的问题。到了春秋战国时期，由于全社会对土地利用，工具和技术革新的高度关注，从而使这一历史时期的农业生产有了重要发展。铁器的出现，促进农具的发明改进以及耕作方式的转变，推动了农业和手工业的发展。在农业方面形成了以精耕细作为主要内容的中国传统农业，战国末年写成的《吕氏春秋》，其中的《上农》、《任地》、《辩土》、《审时》等篇称得上是这种农业科技论述的开端。
1.耕作技术的改进
夏商周时期，耕作技术发展较快，改变了原始的刀耕火种生产方式，对土地采取了起土、碎土起垅等新的生产方式，播种由撒播改为点播。在起垅挖沟的过程中，出现了两人同时工作的“耦耕”场面，这种劳动方式因为效率较高，所以不仅被用于农业生产，而且还用于挖沟排涝。井田中已经建立了原始的灌溉系统，可以用于排水、蓄水和防止农田盐碱化。
这一时期，针对田间杂草和虫害的问题，已经采取了草长锄除和虫生火烧的方法给予解决。《诗经》中的《周颂·良耜》有记载：“其镈斯赵，以荼蓼薅。荼蓼朽止，黍稷茂止。”就是说用快利的锄头除掉杂草，并将这些杂草沤烂，以作绿肥，使黍稷更加茂盛。表明西周时期人们已经懂得田间除草，并把杂草作为绿肥原料使用。在《诗经》中的《小雅·大田》中，则生动描绘了用火烧的方法去杀除螟、蝗之类害虫的情景。夏商周诸朝的灭虫方法，有的至今还被农业生产采用。
在战国时期封建制度建立以后，一家一户为基础的个体小农经济逐渐发展起来，耕作技术又有了可喜的发展。农业生产上的精耕细作传统开始形成，耕作制度由一年一熟制度发展为复种轮作制。在先秦诸子的论著中，也有很多关于耕作技术的记载。如前所述，《吕氏春秋》中保存了先秦许多学术资料，弥足珍贵，其中有四篇论文涉及的古代农学知识尤多。《上农》篇提出了重农的思想和奖励农桑的政策。《辨土》篇提出根据土壤结构合理安排耕作的次序，提倡合理密植，讲究播种后覆土的厚度。《任地》篇提出改良土质、实行轮作制度，针对不同地势提出不同的栽培方法。《审时》篇提出了农作物麦、稻、黍、麻、禾、菽的及时耕种和收获问题，指出“人、地、天”三大要素在农业生产中的各自地位和辩证结合。《管子》一书中《地员》篇，对土壤有详细的阐述。文中将土壤分类与地下水位，宜于何种作物、植物生长均联系起来；将九州的土壤，按照其肥沃程度，分为上、中、下三级，每级又都包括6种，共18种。这种分辨土壤、因土种植的经验，一直为后世所继承。
2.农具发展
先秦时期，我国的农具有了明显的进步。原始社会末期，已经出现了铜，在西安半坡遗址、临潼姜寨仰韶文化遗址都发现过铜片，直到在商朝和西周的遗址中才发现了青铜农具。这些农具既有挖土用的铲、镢等工具，也有犁等松土用的工具，还有用于收割的青铜镰刀等。郑州二里岗商朝遗址中就发现过以制造青铜镢为主的铜作坊，此外《诗经》里也有许多关于这些名字中带有“金”字偏旁农具的记载，表明青铜农具在这一时期已经用于农业生产。但是由于青铜的价值较高，所以主要用于制造兵器、食器和礼器等，新型的农具并没有得到广泛的使用。到了春秋晚期，随着炼铁技术的发展以及铸铁、生铁软化等技术的出现，加快了铁器替代铜器的历史进程。到了战国时期，铁器农具在农业生产中逐渐取得了主导地位。河北石家庄市庄村赵国遗址出土一批铁农具，它已经占全部出土农具的65％。辽宁抚顺莲花堡的燕国遗址出土的铁农具更占到全部农具85％以上，说明此时铁农具在农业生产中得到了很快的普及。据《管子》一书记载：“一农之事，必有一耜、一铫、一镰、一鎒、一椎、一铚，然后成为农。”这表明在春秋战国时期，铁器农具已经在生活中十分普及了。
3.畜牧与蚕桑
夏商周时期对“六畜”的驯养已经有很大的发展，早在夏朝畜牧业就已经专门化。商周时期，马作为战争和狩猎时用来驾车的重要工具，受到奴隶主、贵族们的特别重视。《夏小正》和《周礼》中都有关于马的饲养、管理和繁殖等技术的记载，“五月颁马”法和“中秋通淫”法的出现表明，当时就已经懂得对马进行分群放牧和选育良种。同时，对不适于作种马的雄马“去势”(阉割)，以保证牲畜繁殖的数量和质量。此外，商朝时还出现了专业的兽医，并作了内外科的区分(“疗兽病”和“疗兽疡”)。这些都说明当时的畜牧技术已经达到了较高的水平。
早在殷周时期，我国的蚕桑生产已经有很大发展，《夏小正》中记载在夏历三月(阴历四月间)要修整桑树，妇女开始养蚕。甲骨文中也有关于当时人们为了养好蚕，用牛或羊等祭品祭祀蚕神的记载。周代，栽桑养蚕已经在我国南北广大地区蓬勃发展起来，养蚕织丝则是妇女的主要生产活动。《诗经·豳风·七月》：“春日载阳，有鸣仓庚。女执懿筐，遵彼微行，爰求柔桑。”描绘的就是当时妇女们采桑养蚕的劳动情景。此时，已经有了专门的蚕室和养蚕的器具，包括蚕架(“栚”或“槌”)、蚕箔(“曲”)等。可见，到殷周时期栽桑养蚕的技术已比较成熟。春秋战国时期，《管子·山权数篇》中记载：“民之通于蚕桑，使蚕不疾病者，皆置之黄金一斤，直食八石，谨听其言，而藏之官，使师旅之事无所与。”表明从事生产实践的广大群众中，已产生很多蚕桑能手，他们在长期的养蚕生产实践中，不断创造和发明，为我国和世界养蚕业积累了丰富和宝贵的经验。
(三)水利工程的兴建
在人类社会发展过程中，水起着极其重要的作用。我国在原始社会末期伴随着排涝防洪活动的出现，便产生了水利设施的萌芽。“大禹治水”的传说，表明中华民族在人类初期治水事业的伟大成就。先秦的水利工程建设经过夏商周时期的发展，到春秋战国时期出现了一个规模空前的发展高峰。这个时期兴建的水利工程大致可分为三类。
1.灌溉
(1)沟洫
相传大禹在治水的过程成中，已经认识到开沟不仅能排水，也可引水灌溉，于是“尽力乎沟洫”。“沟洫”应该是最原始的灌溉系统。甲骨文中有一个字“甽”，即后来的“畎”。甽，从田从川，就是田间排水灌溉的小沟渠。西周的时候，实行井田制，沟洫工程有了新的发展，技术水平有了提高。《周礼》详细记载了西周沟洫的情况，其中所提到的浍、洫、沟、遂、圳、列等，都是沟洫灌溉体系中的逐级渠道，和现今的干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠相类似。不仅记录了不同沟渠的深宽尺寸，还详细说明其功能用途。如“沟”，深宽各4尺，作用是引水、输水；“遂”，即田边垄沟，宽深各2尺，作用是分配灌溉水到田间；方百里的田称为同，同间的沟叫“浍”，“浍”的功能是排泄余水，也就是排水沟。由此可见，西周初期的井田上，已形成了有灌有排的初级农田灌排系统。当时还出现了“以潴蓄水，以防止水”的蓄水工程。这种原始的蓄水工程和排灌配套的渠系统工程，标志着西周农田水利达到新的水平。尽管如此，当时的农业生产主要还是靠天降雨。《诗经·小雅·甫田之什》描绘了当时祈雨的场面：“琴瑟击鼓，以御田祖，以祈甘雨，以介我稷黍。”可见当时农业对自然降雨的依赖程度，也说明其时农田水利尚处于较低水平。
(2)渠灌
大型灌溉工程，始于春秋末，兴盛于战国，主要包括思雩娄灌区、引漳十二渠、都江堰、郑国渠等。位于淮河流域的思雩娄灌区是中国最早的渠系灌溉工程。
都江堰是举世闻名的大型灌溉工程，是战国后期秦国蜀守李冰主持修建的引岷江水灌溉成都平原的著名水利工程。包括渠首工程和灌溉渠道两大系统。渠首工程由分水鱼嘴、宝瓶口、飞沙堰三个部分组成。在施工中所采用的工程技术，令世人叹为观止。如宝瓶口工程，宝瓶口是凿开玉垒山而形成的一个引水口，在没有炸药的战国时代，要凿开坚硬的岩石，打穿玉垒山，不是一件容易的事。李冰集思广益，让民工把木柴堆在岩石上焚烧，待岩石滚烫时再浇以冷水，结果在热胀冷缩中，岩石被炸开了。再如为了测量水位，控制内江水量，李冰让石工打制3个石人，上面刻“水竭不至足，盛不没肩”，专家认为，这是世界上最早的水则。都江堰修成后，使成都平原大约300万亩良田得到灌溉，成了“水旱从人”、“沃野千里”的天府之国。两千多年来，经历代劳动人民的精心维护，至今仍发挥着重要作用。
郑国渠是战国末年韩国的水利工程专家郑国为秦国设计开凿的。关于郑国渠，《史记》、《汉书》及《水经注》均有记载。“凿泾水自中山西邸瓠口为渠，并北由山东注洛三百余里……溉泽卤之地四万余顷，收皆亩一钟”。渠成，“关中为沃野，无凶年”。郑国渠引泾水东注洛阳，其间穿越几条天然河流，无论是数百里长干渠的测量施工，还是渠系的布置运用，乃至灌溉的组织管理，都需要具有相当的技术水平和一定的组织能力。比如干渠的渠线选择，根据现代实地调查，该干渠渠线布置在渭北平原二级阶地的最高线上，平均坡降为0.64‰，显示出当时较高的测量和设计水平。再如天然河水位涨落不定，若无闸门控制，在渠道输水时遇到河水高于渠水，河水必然入渠；河水低于渠水时，则渠水倒灌河中，渠道无法保证供水；而当渠道停灌时，河水又冲入渠中，必将造成滥灌。干渠如何穿越天然河流，是当时渠系工程的一个难题。《水经·沮水注》记载，郑国渠“绝冶谷水”、“绝清水”。“绝”通“度”，在郑国渠要穿过的河流上面架设一简单渡槽，也就是后世说的“飞渠”，这种水路“立交”工程技术，在当时不能不说是一个创造。
都江堰和郑国渠的相继修建，使秦国农业生产大发展，这是秦国能够称雄六国进而完成统一大业的重要原因之一。
2.内河航运的初创
我国的水运交通始于商周，相传早在商朝末年，我国已经凿成一条名曰“泰伯渎”的人工运河。春秋战国之际，社会生产力的提高，促进了政治经济军事的发展，为克服黄河、长江、淮河东西走向对水运的局限，一定规模的人工运河开始出现。其中最主要的两大运河是邗沟和鸿沟。
邗沟是吴王夫差从政治军事需要出发而开凿的一条沟通长江与淮河的人工运河。它从邗(今扬州)西南引长江水经过城东，再向北流，经射阳湖至末口(今江苏灌南县北)与淮河相通。邗沟在施工时尽量利用天然湖泊，以减少运河开挖长度，工程比较粗糙，但它是我国，也是目前迄今世界上有确切纪年的第一条大型人工运河，长约150公里。后来成为隋代大运河的一部分。
鸿沟是战国中期魏国兴修的一条人工运河。魏惠王为称霸中原，先后两次施工，将黄河与淮河支流联系在一起，沟通了今河南、山东、江苏、安徽等省的运道，构成了初步的中原水上运输网。不仅对淮河流域社会经济的发展有着重要的作用，同时也促进了运河沿岸城市的繁荣。鸿沟成为战国时期中原地区的水利枢纽。
3.系统堤防工程
堤防，至迟在西周时期就已出现。《国语·周语上》说：“防民之口，甚于防川，川壅而溃，伤人必多。”可见西周堤防已有一定规模。春秋战国时期，堤防已很普遍，甚至造成“壅防百川，各以自利”的局面。堤防工程，起到了防洪、御敌和进攻邻国的作用。《管子·度地》对春秋战国时期的水利工程技术做了理论概括，对水流规律、防治水害做了理论上的说明。而《考工记·匠人》论述了堤防设计、施工、保护等技术问题。
(四)手工业发展
1.手工业的发展
先秦时期，手工业有了很大发展，生产规模更大，分工更细，手工业种类更加繁多，到了周朝时期，就已经出现了“百工”的说法。到了春秋末年，官府手工业包括了30项专门的生产部门，除了前文所说的冶金业，还有纺织业、制陶业、酿造业、建筑业等都取得了不小的成就。
(1)纺织业
先秦时期，社会经济进一步发展，宫廷王室对于纺织品的需求量日益增加。周的统治者设立与纺织品有关的官职，掌握纺织品的生产和征收事宜。商代纺织技术趋于成熟，据目前的发现看，至少已有丝织、麻织、毛织、棉织等等。《说苑·反质篇》说：殷纣王“锦绣被堂”“非惟锦绣、絺、紵之用邪!”《帝王世纪》也说：殷纣王时“妇女衣绫纨者三百余人”，此两则记述从某种意义上反映了商代丝织的发达情形。先秦时期的丝织品品种较多，河北藁城台西遗址出土黏附在青铜器上的织物，已有平纹的纨、皱纹的縠、绞经的罗、三枚(2/1)的菱纹绮。河南安阳殷墟的妇好墓铜器上所附的丝织品有纱纨(绢)、朱砂涂染的色帛、双经双纬的缣、回纹绮等，殷墟还出有丝绳、丝带等实物。陕西宝鸡茹家庄西周墓出土了纬二重组织的山形纹绮残片。进入春秋战国时期，封建生产关系建立，农民的个体经济具有农业与家庭手工业相结合的特点，开始形成男耕女织的分工，纺织技术更加普及，所谓“一夫不耕，或受之饥，一女不织，或受之寒”。丝织品更是丰富多彩，湖南长沙楚墓出土了几何纹锦、对龙对凤锦和填花燕纹锦等，湖北江陵楚墓出土了大批的锦绣品。毛织品则以新疆吐鲁番阿拉沟古墓中出土的数量最多，花色品种和纺织技术比哈密五堡遗址出土的更胜一筹。
殷商时期，中国发明了提花机。从对大量出土织品分析看，不少青铜器包有丝织物残片，经鉴定有用较高技术织成的菱形花纹的暗花绸即“缔”或“文绮”。暗花绸的花纹是三上一下的斜纹组织，由经线显花，需用十几个不同的棱口和十余片综。由此推断，当时必定已有简单的提花装置。《诗经·小雅·大东》“杼柚其空”，是指织机上卷经线和织物的这类机构。
纺织染色技术方面也取得了卓越的成果，《夏小正》记载，夏朝已经使用蓝草染靛蓝色，商周时期人们已经掌握了从多种矿物颜料和植物颜料染色的技术。《考工记》记载染色分煮、冻、暴、染四道工序，有人专司“湅丝”、“湅帛”。“湅帛”是“以栏为灰，渥淳其帛，实诸泽器，淫之以蜃”，即除漂白外，还要除去丝表面所附丝胶，使更富光泽和柔软(“栏”是楝木，“蜃”是蛎灰)。染料有矿物质和植物质两种，加用朱砂染红色、空青染绿色，靛蓝染蓝色，茜草染绛色等。染色方法有浸染和画缋两种。用植物颜料染色是染色技术上的一个重大突破。
《豳风·七月》“爰求柔桑”，说明周代陕西宝鸡、岐山一带气候较今温暖湿润，适于种桑、饲蚕，丝织业较为发达。长沙出土的战国丝织物有绢和锦，经线密度为每厘米80根，纬线密度每厘米44根，有朱条暗花、对龙、对凤等复杂纹样。
(2)制陶业
中国陶器制作技术的起源，迄今可上溯到距今大约已有8000至1万年左右的新石器时代早期。从夏朝始，据相二里头类型文化遗址的考古发掘情况看，制陶的习俗仍然左右着夏朝手工业的潮流，当时流行陶器主要是夹砂和泥质的灰陶。商、周时期，制陶的生产仍在全社会中普遍风行。据考古资料显示，商朝制陶业除继承前朝的制陶传统外，还出现了釉陶和白陶。商周时代出现了“青釉器”，被学术界称为“原始瓷”或者“原始青瓷”，它为后来瓷器的发展奠定了基础，中国的瓷器即发端于此。瓷器作为中国古代的伟大发明之一，是我们的祖先对人类的一大贡献。
(3)独特的制曲和酿酒
我国有着悠久的酿酒历史，是世界上最早掌握酿酒技术的国家之一，酿酒历史至少有四五千年。在殷墟中发现的酿酒作坊遗址，证明早在3000多年前，我国的酿酒事业已经相当发达。商周时期，随着农业的发展，谷物酿酒技术更加普遍，周朝还设有专门管酒的官吏“酒正”、“浆人”。谷物酿酒，要经过把淀粉分解成葡萄糖，再把葡萄糖转化成酒精和二氧化碳两个主要过程。《尚书·说命下》有“若作酒醴，尔惟曲蘖”的字句，说明当时酿酒已经用了长微生物的谷物(曲)和发芽的谷物(蘖)。曲中含有混杂生长着的霉菌和酵母，分别起着糖化和酒精发酵的作用，用曲酿酒的方法，可以使这两个作用连续而交叉进行，这种方法今天被我们称之为“复式发酵法”，它是我国劳动人民在酿酒业中的一大发明。19世纪末，欧洲人在研究了我国的酒曲后，才知道我国这种独特的方法，称其为“淀粉发酵法”。
此外，《周礼》中对于酿酒的“六必”、“五齐”的阐述，以及对“三酒”等酒名的记载充分表明，早在3000年前，我国的酿酒技术已经相当进步了。
(4)建筑业
建筑业是各类手工业技术成果的集大成者，在手工业技术发展的基础上，建筑业在先秦时期也取得了进步。商周时期，青铜工具就已用于建筑工程，青铜制的构建和各种雕刻品、丝织品也出现在建筑装饰上。此外，陶制水管道的发明和夯土技术的产生都体现了建筑技术的进步。宫室的营造和设计也日臻成熟，河南安阳附近小屯村殷墟遗址是商朝晚期的都城，作为当时的政治、经济、文化中心，其宫殿建筑群已经采取了四合院布局，以及呈对称分布的彩绘墙皮。西周时发明的瓦，解决了房屋防水的问题，瓦的使用在春秋以后逐渐普遍起来。
2.百科全书《考工记》
春秋末年，手工业发展的迅速，一方面是原有的操作工艺更为纯熟，另一方面又产生了许多新的工艺，分工亦更为精细。由于礼乐崩溃，学术思想上呈现了一派百家争鸣的局面。许多士人都比较重视实践，关心社会的进步和生产技术的发展，鲁班、墨翟、李冰等一批杰出的学者、技术发明家便是这一时期产生出来的。为了进一步组织和指导生产，需对已获得的生产经验和技术思想进行总结，《考工记》便是在这一社会大背景下产生出来的。
相传《考工记》是齐国关于手工业的官书，是中国目前所见年代最早的手工业技术规范化与科学化的百科全书。今见《考工记》一书是作为《周礼》的一个部分出现的。篇幅不长，但科技信息含量相当大。主要记述了木工、金工、皮革工、染色工、玉工、陶工等6大类、30个工种，其中6种已失传，后又衍生出1种，实存25个工种的内容。书中保留有先秦大量的手工业生产技术、工艺美术资料，记载了一系列的生产管理和营建制度，内容涉及先秦时代的制车、兵器、礼器、钟磬、炼染、建筑、水利等手工业技术，还涉及天文、生物、数学、物理、化学等自然科学知识。是研究中国古代科学技术的重要文献。
《考工记》记述了一套比较完整的官府制车工艺规范。首先介绍了单辕双轮马车的总体设计，详述了车的4种主要部件“轮、盖、舆、辕”特别是车轮的制造工艺和检验方法，详细指明了各部件的作用和要求以及要求加工质量的原因，记录了一系列的检验手段。在车轮取材方面，指出首先应考虑时间因素，即所谓“斩三材必以其时”，其次是从中选用优质材料和精细加工。对轮的直径要求适中，轮径偏大则乘车上下不便，轮径偏小则马拉车费力，车轮滚动时阻力和轮径成反比因而必须选用适当的轮径。在总结商周以来长期制车和用车经验的基础上，提出制作车轮工艺的十项准则。所记述木制马车的设计与制造，涉及摩擦力、质量、快慢、惯性等现象。
《考工记》记载了多种兵器的形状、大小和结构特点，尤其对弓矢的制造工艺记述详尽，如对弓的材料选取，仅弓身的用材就比较了7种材料的优劣，探讨了如何增加弓的弹力、射程和射速，以及加固和保护弓身等问题。在箭的飞行要求中，为了使箭飞行稳定，提出了若干对箭杆、箭羽的要求，字里行间已涉及空气动力学知识。对各种箭镞的长短大小，铤的长短也都作了相应规定。
《考工记》将商周以来积累的冶金知识归纳为“金有六齐”，这是已知世界上最早的青铜合金配置法则，它揭示了青铜机械性能随锡含量变化的规律。
《考工记》中还记述了当时盛行的钟、鼓、磬等乐器的制作技术，并对钟声的来源、钟声的频率和音品等声学问题作了定性的描述和探索。涉及了声学中有关物体振动、音调知识及音调与振动物体的几何关系。1978年在湖北随县发掘的曾侯乙墓，出土了编钟、编磬、鼓、瑟等八种乐器共124件，印证且超过了《考工记》记载的内容，说明这一时期，人们在造钟技术和音律知识方面已经有相当高的水平。
《考工记》对周以后的城市规划和宫殿建筑作了初步总结，所记载的都城制度：“匠人营国，方九里，旁三门，国中九经久纬，经途九轨。左祖右社，面朝后市。”这些对后世的宫殿、寺院、庙宇、住宅的平面布局都有很大的影响。
《考工记》不仅是一部手工业技术规范汇集，还是一种力图将经验诉诸科学认识的可贵探索，它对后世的手工艺制作、简单机械、度量衡、建筑等有很大的影响并起到了很大的推动作用。
三、科技实践经验的总结
(一)《黄帝内经》与医学
1.巫术与医疗
夏、商时期的医药活动，产生和发展于当时的巫卜活动。在夏代人的意识中，疾病是鬼神、祖先作祟的结果，对疾病的治疗也从原始社会的朴素经验，逐步转而为以巫术为中心的祈祷活动。甲骨文中记述疾病的共有415辞，几乎都是祈求祖先鬼神之宽容、以治愈疾病的内容。如“甲辰卜、出，贞王疾首”。意思是殷王武丁患头病，巫师出为占氏请求鬼神不要纠缠，早日康复等。这说明，夏、商代，医与巫、科学与迷信难以分开。
当时的“巫”是一种职业，由于能够“通鬼神”，逐渐在社会上居于权威地位。除了主持祭祀、占卜外，当时许多的“巫”也掌握了一些药物知识，或以祈祷为人治病，或在祈祷的同时，还配合药物治疗，一些著名的“巫”，还“操不死之药”。这说明，有些巫医虽然在形式上采取了祈祷等巫术手段，实际上仍给予病人以“不死之药”进行治疗。
商朝时仍将巫与医混为一谈，大概到西周末期，医才开始逐渐从巫中分离出来，独立发展。据《周礼》记载，“祝巫”属于“春官大宗佰”官职中，而“医师”则归“天官冢宰”管辖，制度上已将两者区别对待。对医官进行了具体的分类，《周礼》中把医分为“食医”(为王室管理饮食卫生，相当于营养医)、“疾医”(相当于内科医生)、“疡医”(相当于外科医生)和“兽医”四大类。专职医生的产生与相应制度的确立，为医学的发展和医疗水平的提高创造了良好的条件。医官等级制度的确立，按级别高低发给医官俸禄，促进了医生水平的提高；原始病历的出现，便于人们总结医疗经验教训，这些为后来医学的发展提供了宝贵资料。
到了春秋战国时期，对鬼神致病的信仰日益动摇，早在西周末年，巫医已经得不到人们普遍的信任，民间医生的出现和成长，日益动摇着人们对巫医的信赖。著名医学家秦越人，在他一生的医学实践中坚持“六不治”，其中“信巫不信医不治”，说明当时医术与巫术的尖锐对立。许多名医和职业医家对巫术进行了批判，例如，医学家医和认为疾病的发生是由于六淫(风、寒、暑、湿、燥、火)太过造成的，提倡“阴、阳、风、雨、晦、明”的学说，与鬼神作祟的观点相对立。
随着农耕的发展和技术水平的提高，人们在长期的实践中，逐步提高了对疾病的认识，活跃的医疗活动，积累了较丰富的药物知识和临床经验，医和、扁鹊等名医的出现，以及《黄帝内经》等一批医学专书的问世，标明了先秦时期的医学在实践与理论探索两方面，为后世古代医学的发展奠定了坚实的基础。
2.医学师祖扁鹊
扁鹊是春秋战国时期最著名的医学家。《史记》为他专门立传，《战国策》、《韩非子》、《列子》、《韩诗外传》中也有他的片段记载。扁鹊姓秦，名越人，又号卢医，因为他一生游历四方，去过很多地方，以至于关于他的籍贯有一些争议，有说他是渤海郡郑(今河南郑州新郑市)人，或说是齐国卢邑(今山东省济南市长清区)人，也有记载为渤海郡鄚(今河北任丘县北)人。他年轻时跟长桑君学医，后来在今陕西、山西、河北一带行医，深入民间，救民疾苦。他医术全面，兼通各科，可以处处从病人出发，“随俗为变”。在赵为“带下医”(妇科)，在周为“耳目痹医”(五官科)，在秦为“小儿医”(儿科)。
图18 扁鹊画像
诊断上，扁鹊有着丰富的医疗实践经验，反对巫术治病，在总结前人经验的基础上，创立了望、闻、问、切的四诊合参法，尤以望诊和切脉著称。《史记·扁鹊仓公列传》记载了他望诊齐桓侯、切脉赵简子的故事，就连司马迁也慨叹：“至今天下言脉者，由扁鹊也。”
治疗方法上，扁鹊熟练地掌握和运用当时已经流传的砭石、针灸、汤剂、按摩、熨帖、吹耳、导引、手术等方法，并能按照病情进行综合治疗。他还提出了“病有六不治”的原则，其中也有“信巫不信医不治”，反映了扁鹊重医轻巫的唯物主义态度。
传说扁鹊曾著有《扁鹊内经》九卷和《扁鹊外经》十二卷。扁鹊医术高明，医德高尚，是中国医学史上起着承前启后作用的大医学家，他奠定了祖国传统医学诊断方法的基础，被尊称为中医界的一代祖师。
传说中的上古轩辕时代的名医叫扁鹊，按照古人的传说，医生治病救人，走到哪里，就将安康和快乐带到哪里，好比是带来喜讯的喜鹊，所以，古人把那些医术高超、医德高尚的医生称作“扁鹊”。“扁鹊”成为古代医术高超者的一个符号。一个以神医面目出现的活医学。
3.《黄帝内经》：医学理论知识总结
中医学是至今依然屹立于现代世界科学之林的唯一传统学科。它以完整系统、博大精深的理论体系，高超的医疗技术和丰富的典籍著称于世。中医学理论体系，大约在春秋战国逐渐形成。《黄帝内经》是现存医学文献中最早的一部典籍。
《黄帝内经》成书于春秋战国时代，两汉又有补充修订。它既非一时记言，也非出自一人之手，它是一个时代医学进展的总结性巨著，代表着我国医学在公元前221年以前的理论水平。《黄帝内经》包括《素问》、《灵柩》两部分，共18卷162篇。它从整体观念出发，运用朴素的唯物论和自发的辩证法思想，以论述人体解剖、生理、病理、病因、诊断等基础理论为重点，兼述针灸、经络、卫生保健等方面的内容，为中国医学理论体系的形成奠定了基础。
《内经》特别强调整体观念，主要表现在两大方面。其一，视人体内脏与体表为一有机整体，在论述生理、解剖、脏腑经络关系时，总结了一整套理论，把五脏六腑与五官肢体及其功能联系在一起。譬如，脾与胃为表里，脾主肌肉、四肢，脾开窍于口，脾属土，主运化水谷精微等。在这一理论指导下，局部有病，诊治时就不能只着眼于局部，必须注意有关联的各个部位。譬如，内脏有病，其病症可见于局部或体表，诊断上要注意，治疗上更是不能忽视。其二，人体的健康和疾病的发生，均与自然环境有着密切的关联。《内经》从千百年的实践经验中总结出，人要维持健康必须顺乎自然，适应四季寒温的变化，不可超越机体对自然界的适应能力，否则易生疾病。这些从季节变化的多发病、时令病、地方病中所总结出来的知识，是《内经》强调医疗必须因时、因地、因人制宜的依据。这些理论又有效地指导着千百年来的医疗实践。
《黄帝内经》全面奠定了中医理论的基础，中国医学五大核心理论——阴阳五行学说、脏象学说、经络学说、形神学说和天人学说，均肇始于此书。
阴阳五行学说贯穿于中医理论体系的一切方面。阴阳学说确定人体脏腑组织部位的上下、前后、内外、表里，说明人体功能活动与物质基础之间的对立制约、互根互用、消长平衡和互相转化的关系。五行学说解释人体内部各重要脏器、组织之间以及人体内环境与外环境各重要因素之间递相滋生、递相克制的功能结构。脏象学说阐述人体脏腑活动规律。经络学说研究经脉和脉络的循行部位、生理功能、病理变化及其与脏腑之间的联系。形神学说研究心理与生理、病理的关系。天人学说探究天地四时对人体机能的影响，总结其后的阴晴变化，四季的寒暑循环，日夜的晦明更替，地理区域的燥湿寒温，生活环境的幽旷雅噪，以及稍远的月亮圆缺、太阳黑子活动，更远的星系星象变化，作用于人体腠理开合、气血趋向、阴阳消长、脉象沉浮的规律。这一学说实际上已具备了现代新型的环境医学和时间医学的雏形。
西方近代医学在人体生理病理的研究方面取得了一系列辉耀时代的巨大成就，但是在整体系统思维方面却远不及中国。[19]《黄帝内经》与扁鹊，一书一人，是先秦对中国医学贡献的代表。
(二)《夏小正》与天文学
中国是农业大国，农业和古代星占的需要，使得先秦时期就已经出现了专门负责研究天文的人员，《晋书·天文志》记载：“鲁有梓慎，晋有卜偃，郑有裨灶，宋有子韦，齐有甘德，楚有宋眛，赵有尹皋，魏有石申夫，皆掌著天文，各论图验。”他们整理分散的天文历法，并从事较系统的天象观测和计算，促使天文历法得到了较大的发展，形成了早期的天文学。
1.《夏小正》
《夏小正》相传是夏代(约公元前21世纪到公元前16世纪)的历书。其内容涵盖天文、历法、星象、物候、农事、政事等诸多方面，是研究先秦时期社会发展及农业生产状况和天文历法及物候状况的重要史料，也是夏至战国一直被使用的历法。
天文知识方面，它按十二个月的顺序记述了每月的星象，如早晨和黄昏出现在南方的星星，北斗柄的指向，银河在天空的位置等。如：“正月鞠则见，初昏参中”；“三月参则伏”，“四月晶则见，初昏南门正”；“八月辰则伏”，“九月内火”；“十月初昏南门见，织女正北乡则旦”；“正月初昏，斗柄悬在下”；“六月初昏，斗柄正在上”等。此外还有每月的气象、物候以及应该做的农事和政治活动。例如：“时有俊风，寒日涤冻涂”；“正月，启蛰，雁北乡，雉震呴”，“鱼陟负，冰囿有见韭”；三月“祈麦实”，五月“种麻樱黍”等。
《夏小正》所描述的天象，可能反映了夏代的天文历法，其中关于一年各月晨昏北斗斗柄指向以及恒星伏、见或中天等的记载，把天象与物候结合起来，构成物候历与天文历的结合体，对后世入《月令》等影响巨大。《夏小正》采用的夏历，与我国今天的农历月份相当，正月即阳历二月，是月，梅、杏和山桃开花……切近农时，趣味横生。《夏小正》全书仅有400余字，但凭借着丰富的天文学和物候学知识，在古代天文学和农学领域有着重要地位，是中国现存最早的星象物候历。
2.天文学家石申、甘德
农业生产的需要，促使春秋战国时期天文、历法有了长足的进步。诸侯国出于自身的政治需要，非常重视天文观测和研究，各国出现了一批天文学家，其中最著名的就是石申和甘德。石申，一名石申夫，魏国人，战国中期天文学家、占星家，著有《天文》8卷，西汉以后此书被尊为《石氏星经》(已失传)。唐代《大唐开元占经》中有不少辑自《石氏星经》的星占条文的内容。甘德，战国时期天文学家，中国天文学的先驱之一，著有《天文星占》8卷(内容多已失传)，书中有部分文字为《唐开元占经》等典籍引录。他在恒星区划命名、行星观测与研究等方面均有所贡献。后人把这两部著作结合起来，称为《甘石星经》，是现存世界上最早的天文学著作。书里记录了800颗恒星的名字，其中121颗恒星的位置已被测定，是世界最早的恒星表。书里还记录了木、火、土、金、水等五大行星的运行情况，并指出了它们出没的规律。
3.历法
夏朝时出现的历法，规定一年为366天，已经和现代相差无几，当今的农历又称“夏历”就是发源于此。当时已经采用了天干记日法，有了10天为一旬的概念。商朝时，天文历法知识开始向深度和广度拓展。商朝将天干和十二地支配合使用，形成六十干支，用干支记日，60日一个循环。商朝历法是以太阳的回归年长度来记年，以月亮朔望变化记月的阴阳合历即“殷历”，它的平年有6个30天的大月，6个29天的小月，再用设置闰月的方法调整年与月之间的不符。殷历基本上能保持月份和气候的冷暖相一致，不会像夏历那样，甚至在6月也可能出现下雪的天气，故而沿用了几千年，形成了中国特色的历法体系。周朝时期，明确出现了“旬”的概念，将每月分成上中下三旬，每旬10天；将每天细化为12个时辰，用地支记时。周朝发明了确定节气的圭表测影法，建立了用于观测天象的观景台，组织天文学家长期观测天象。
4.二十四节气
战国时，已有了二十四节气，它是我国历法的重要组成部分，也是我国历法的一个显著特点，它的出现与协调阴阳合历有密切关系，弥补了四季寒温节气的变化与月份之间无法固定出一种对应关系。二十四节气，即从冬至日开始，将一回归年等分为二十四份，大约15天多设置一个节气，以反映太阳在黄道上视运动的二十四个特定位置，从而反映出气候变化的情况。所以，二十四节气完全是根据太阳的回归年周期性变化而确定的，它与阴历的朔望月周期毫无关系，而是一种特殊的纯阳历系统。古代世界上实行阴阳合历的国家为数不少，但只有我国创立了二十四节气，这的确是一个十分杰出的创造。
此外，春秋战国时期人们就已经非常重视异常天象的观测，流下了许多宝贵的记录。其中，日食记录约50次，数量和准确程度上都是当时世界上绝无仅有的；对流星雨和明亮彗星的记载也很多，其中关于天琴座流星雨和哈雷彗星的记载都是世界上最早的。
(三)《周髀算经》与数学
我国古代数学以计算为主，取得了十分辉煌的成就。其中十进位值制记数法、筹算和珠算在数学发展中所起的作用和显示出来的优越性，在世界数学史上也是值得称道的。
1.商和西周时代的十进位值制记数方法
如前所述，数(shù)起源于数(shǔ)。有了自然数，并且一个一个地数(shǔ)，这显然要涉及进制的问题。中国早在原始社会就已经形成了十进位制记数法，到了商代已经有了完整的十进制体系。商代和西周时代都是用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、万这13个单位的组合来记十万以内的任何自然数。甲骨文中已经有十进制记数，最大数字为三万。这种记数法含有明显的位值制意义，实际上，只要把“千”、“百”、“十”和“又”的字样取消，便和位值制记数法基本一样了。甲骨文中含有位值制意义的记数法比印度数字的位值制早了两千年。而且在商代的甲骨卜辞中还发现已经有了奇数、偶数和倍数的概念。
2.九九歌和筹算
九九歌是我们现在仍在使用的整数乘法口诀，这是中国历史上最早的数学用表。《管子·轻重篇》称：“宓戏作九九之数。”刘徽《九章算术注·原序》中说：“昔在包牺氏始画八卦，以通神明之德，以类万物之情，作九九之术，以合六爻之变。”由此估计，九九之法，在上古就已经产生了。九九歌诀，散见于《淮南子》、《管子》、《荀子》、《吕氏春秋》等春秋战国的典籍中，如《管子》中有七乘全部：
七七四十九，六七四十二，五七三十五，四七二十八，三七二十一，二七一十四
《淮南子》、《孔子家语》中也有：
九九八十一，八九七十二，七九六十三，六九五十四，五九四十五，四九三十六，三九二十七，二九一十八
这说明此前早已出现了乘法口诀，只是到春秋战国时期，才有不完全的记载。当时的乘法口诀是从“九九八十一”起到“二二如四”止，共36句，因口诀由“九九”二字开头，故用“九九”作乘法口诀的简称。大约是到宋元时代，才将古代的顺序颠倒过来，与我们现在采用的乘法口诀完全一致。九九是古代学习数学的入门条件，其含义不仅是乘法口诀，也是我国古代初等数学的代名词，从后世数学的书名、术语、如“九章”、“九数”、“九归”等，可以看出其对中国传统数学的深刻影响。[20]
算筹是中国历史上特有的计算工具。而筹算，则是用算筹进行计算的方法。它是我国传统数学发展中，考虑要借助什么工具来计数较为适用、方便、合理，在方式上有别于世界其他各国的一种思想和方法。[21]
算畴和筹算的发明对中国古代数学的影响很大，但它究竟起源于什么时代，至今尚无资料确定。《老子》说“善数不用筹策”，说明最迟在春秋末年，算筹已成为人们习用的计算工具了。最初的算筹是用竹制成，也有用木、骨或石做的。
筹算在春秋战国时期趋于成熟，因为春秋战国时期生产力的迅速发展和科学技术的进步，提出了大量比较复杂的数字计算问题，正是出于这种需要，才使得这项具有巨大影响的发明成熟起来。1954年在长沙左家公山一座战国晚期楚墓中出土的文物中，有竹棍40根，长短一致约12厘米，可能就是算筹的实物。1978年在河南登封出土的战国早期陶器上，刻有算筹记数的陶文；在战国时期的货币中，也有一些是用算筹记写的数目为纹式的。
用算筹表示数目时有纵横两种筹式：用筹来表示一个多位数字，其方法就像现在用数码记数一样，把各位的数目纵横相间地从左到右横列，个位用纵式，十位用横式，百位、万位用纵式，千位、十万位用横式。数字中遇有零时，就用空位表示。
由于筹式用的是“十进位值制”，“位值制”也叫“地位制”，不同位值要纵横相间摆设算筹，所以数字中的空位很容易辨别。算筹记数用极简单的竹筹纵横布置，就可完全实现位值制记数法，能够表示出任何自然数，这就为加、减、乘、除的运算提供了良好的条件。筹算的加减法很简单，摆上两行数字，位数对齐，相加相减变成一行数字就得出结果。乘除法的步骤稍复杂一些。乘法分三层摆筹，上位、中位、下位分别相当于被乘数、积和乘数，然后用九九歌乘法口诀，方法与后世的珠算一样。筹算的除法也分三层摆筹，中位为实(被除数)，下位为法(除数)，上位为商。法摆到实够除的那一位之下，除完向右移动。我国古代数学在数字计算方面的卓越成就，应当归功于遵守位值制的算筹记数法。十进位值制记数法和以筹为工具的各种运算，是我国古代一项极为杰出的创造，它比古巴比伦、古埃及和古希腊所用的计算方法要更为优越；印度到7世纪才有采用十进位值制记数的确凿证据。据考证，现在通用的所谓“印度-阿拉伯数码”，大约在10世纪才传到欧洲，它很可能就是在我国十进位值制记数法的基础上形成的。
3.分数的运用
春秋战国时期，分数已常被使用，在当时的著作中，有很多关于分数及其应用实例的记载。当时历法计算中的奇零就用分数表示。在生产和生活中大量存在的分配问题，常常需要用到分数概念。在《管子》、《墨子》、《商君书》中记载的分数，大都与分配有关。《管子》在谈到土地种植的分配时有“十分之二”、“十分之四”、“十分之五”、“十分之六”、“十分之七”等分数。《墨子》在讲到食盐的分配时有“二升少半”、“一升大半”的说法。“半”即1/2，“少半”为1/3，“大半”2/3，都是当时通用的分数术语。这些记载表明，我国在公元前5世纪到公元前4世纪已建立了分数概念，并有了普遍的应用。
4.《周髀算经》的数学思想
《周髀算经》乃是算经的十书之一，中国流传至今的一部最早的既谈天体又谈数学的天文历算著作。约成书于公元前2世纪，原名《周髀》，在数学上的主要成就是介绍了勾股定理及其在测量上的应用。但是原书并没有对勾股定理进行证明，其证明是三国时东吴人赵爽在《周髀注》一书的《勾股圆方图注》中给出的。
《周髀算经》的第一章叙述了周公与商高的一段问答，被认为是对中国古代数学早期理论和实践的一种概括。周公问商高：“夫天不可阶而升，地不可得尺寸而度。请问数安从出？”商高回答：“数之法出于圆方，圆出于方，方出于矩。矩出于九九八十一。”“矩出于九九八十一”，包含有用数的性质来研究形的性质的思想，这种对“数安从出”的答复，是这个时期我国数学思想的一种绝妙写照。
接着，商高就提出了“勾三股四弦五”的勾股定理，并以大禹治水时代的应用为佐证。在世界数学史上，一般把勾股定理归功于公元前5世纪左右发现它的古希腊数学家毕达哥拉斯。虽然我们现在看到的《周髀算经》最早版本是西汉年间的，但是其中所记载的周公与商高的问答之事则发生在公元前11世纪左右。这个事实证明我国古代数学家独立地发现并应用了勾股定理的一般情况，可能要比国外早得多。[22]
另外，《周髀算经》还谈到了学习数学的方法、比较复杂的分数计算等。
(四)《山经》、《禹贡》与地学
地学的形成离不开地理知识的积累，从夏代至春秋战国时期，随着疆土的扩大和生产、交通、商业、贸易的发展，人们对地理知识的了解在深度和广度上都有提高，文字的出现和广泛使用，则为地理知识的积累创造了良好的条件。春秋战国时期，一批地理学的著作出现了，主要有《山海经》、《禹贡》和《管子·地员》三部。
1.地理知识的积累
中国自古以农业立国，而天气情况与农业生产密切相关。所以先民很早就注意观察季节的变化、日照强弱、气温高低、雨量多寡等情况，使天气和物候知识迅速发展起来。商代人已经很注意天气尤其是雨水的变化，安阳殷墟出土的甲骨文中有不少是关于卜问天气的记录。如文丁六年(前1217)3月20日到29日连续10天的记录中，已记载的天气现象有晴、阴、云、雨、雪、风、霾、虹和霞等多种，并对雨和风进行了分类，如按降水量将雨分成多雨、少雨、大雨和小雨等类型，按风力大小和风向将风分成大风、小风、东风、南风、西风和北风等类型。这大概是世界上最早的气象记录之一，也是我国后世传统气象的先声。
人们在气象观察中，逐渐总结出一些经验性的规律，并将其编成朗朗上口的诗歌。《诗经》中有不少关于气象的民歌，如《邶风·北风》“北风其凉，雨雪其雱；邶风其喈，雨雪其霖”。意思是北风冰凉，大雪飞扬；北风紧疾，大雪就不停息。《鄘风·蝃蝀》“朝隮于西，崇朝其雨”。意思是说早晨太阳东升的时候，西方如果有虹，不久就要下雨。
先民们在生产和生活中，积累了较为丰富的地形知识，逐渐产生了地形分类的思想。《诗经》中已经记载有山、阜、丘、陵、穴、谷、岵、冈、原、隰等十多种陆地地貌类型的名称以及洲、水、厂、澳、沚、渚、浒、浦等十余种流水地貌类型的名称。由于军事需要而发展起来的地形分类知识，以《孙子兵法》为代表。全书13篇，《地形》、《九地》两篇主要讲述如何利用地形作战，包含着丰富的地形知识。
地图是地理学知识的形象表述，也是地理学水平发展的一面镜子。中国具有悠久的地图制作的历史。但是，究竟何时中国才有地图，却是一个难以断言的问题。因为中国的文字是由图画而来，有一些文字本身就是一幅地形图，如“山”字写成“盥”等。相传夏代铸过9个鼎，鼎上绘有不同地区的山川、草木和禽兽，这大概是最原始的地图。中国古代文献对于地图的记载很早。《周礼·地官》中就记载了掌管各种地图的职官、专用地图名称以及某些地图的内容，如大司徒“掌建邦之土地之图”，遂人“掌邦之野，以土地之图经田野”，土训“掌道地图以诏地事”等。《管子·地图》明确指出，军事指挥者必须先“审知地图”。这说明，当时地图的制作不仅数量、种类多，而且在政治、军事、生产方面起着重要的作用。一般认为，至迟到战国时期，地图的制作手法已经相当成熟。1978年出土于甘肃天水放马滩1号秦墓的战国末期地图，共有7幅，用墨线绘于4块松木板上。其中有文字说明的6幅，一为总图，主要绘水系和居民点，其余为分图。图上重点标示了境内的河流、居民地及其名称，部分地区还表示了树木的分布情况，特别注有各地之间的相距里程，与现今距离大都相符，可见，这些地图是相当准确的实测图。地图对地形地物的表示内容丰富、形象，反映了这一时期的制图技术已有相当高的水平。
2.《山经》
《山经》是《山海经》中的一篇，是中国古代一部古老、内容丰富的地理专篇。
《山海经》是一部内容丰富、风貌独特的古代著作，包含历史、地理、民族、神话、宗教、生物、水利、矿产、医学等诸方面。由《山经》、《海经》和《大荒经》组成，《山经》成书于战国时期，《海经》和《大荒经》是后来补上的。《海经》分为内经和外经，共8篇，主要记录海外各国奇人奇事。《大荒经》中主要记述了大量的神话传说，有大禹治水、女娲、西王母等，保存有大量早期资料。
《山经》又称为《山海经·五藏山经》，它首次将视野投射到黄河、长江流域以外的广大地区，先按大方位将全国山脉分为东西南北中5个大区，以山为纲，对黄河、长江流域广大地区的自然环境作了综合性的概述。共5卷26篇，详细介绍了每一座山岳的位置、水文、动植物、矿物、特产等，内容极为丰富。它所反映的地理学认识主要有以下几方面：
第一，世界是可以认知的。作者以“中山经”所在地区为世界的中心，四周是“南山经”、“西山经”、“北山经”、“东山经”构成大陆，大陆被海包围着，四海之外又有陆地和国家，再外还有荒远之地，这就是世界。《山海经》的结尾指出：“天地之东西二万八千里，南北二万六千里。”这在科学发展的今天来看似乎是天真可笑的，但在2000多年前《山海经》的作者已认为世界不是不可知的，而是可以认识的，世界是有极限的，是可以测量出的，这在研究地理学史上是极为珍贵的资料。
第二，记述的地理范围广阔。如“西山经”叙述的范围，东起晋陕之间的黄河，南至陕甘秦岭山脉，北抵宁夏望池西北、陕西榆林西北一线，西到青海湖(西海)，西北达新疆阿尔金山(翼望山)。《山经》所记述的地域已遍及全国广大地区，远比《禹贡》要大。
第三，已具有“山脉”、“水系”概念的雏形。《山经》记载477座山，记叙了每列山的位置、高度、走向、陡峭程度、形状、谷穴和面积等，并注意到了两山的相互关联如距离、方向等，有的还涉及植被覆盖密度、雨雪情况等，显然已具备了山脉的初步概念，堪称我国最早的山岳地理书。在叙述河流时，必言其发源与流向，还注意到河流的支流或流进支流的水系，包括某些水流的伏流和潜流的情况以及盐池、湖泊、井泉的记载。如“北次三经”中说：教山“教水出焉，西流注于河，是水冬干而夏流”，记载了河水的季节变化。从单独的河流记述，逐渐形成相互关联的水系概念。
第四，对矿产资源的记载与分类，有了地质矿物学雏形。在物质资源分布的篇幅中，对于矿产的记载尤其详细，提及矿物产地300余处，有用矿物达七八十种，并把它们分成金、玉、石、土四类。希腊学者乔菲司蒂斯在公元前371至公元前286年所著《石头志》被认为是世界上最古老的地质文献，但它记载的矿物仅16种，把这些矿物分成金、石、土三类。而与其同时代或稍晚的《山海经》所记的矿物种类是它的5倍，分类更细。《山海经》还注意到矿物的共生现象，并据其硬度、颜色、光泽、透明度、构造、敲击声、医药性等识别矿物的方法，及详细记述动植物形态、性能和医疗功效，因此《山海经》在矿物学分类上有突出贡献。李约瑟在《中国科学技术史》一书中说：“《山海经》是一个名副其实的宝库，我们可以从中得到许多古人是怎样认识矿物和药物之类物质的知识。”
当然，《山海经》也有其局限性。如《山经》记载447座山，据考证，其中见于汉晋以来记载并能实指方位者，约140余座，不及总数1/3。就所记山的方向而言，整个经讲的大方向基本正确。在里距方面，除《中山经》所载的晋南、陕中、豫西、河、渭、伊、洛地区记载较为详细准确外，其他经中里距差别很大，可信度差。
对《山海经》的地学价值的认识也经历了一个反复曲折的过程。直至近代，顾颉刚作《五藏山经试探》，发表了许多极为精辟的见解，使人们重新认识《山海经》的科学价值。其后，谭其骧又作《“山经”河水下游及其支流考》，利用《山海经》中丰富的河道资料，将《北山经》中注入河水下游的支流一条一条梳理，并加以排比，考证出一条最古的黄河故道。此文的发表，进一步确立了《山海经》尤其是《五藏山经》在地理学上的科学地位。
3.《禹贡》
《禹贡》是《尚书·夏书》中的一篇，是中国古代第一部区域地理专篇。作者不详，一般认为成书于战国时代，是假托大禹之作。《禹贡》虽仅有1193字，却系统地反映了当时人们的区域地理认识。依其内容可分为九州、导山、导水、五服四部分。
《禹贡》最大的成就是依据自然条件中的河流山脉和大海的自然分界，把所描述的地区分为冀、兖、青、徐、扬、荆、豫、梁、雍九个州，并扼要地描述了各州的山川、湖泊、土壤、植被、田赋、物产、水运以及少数民族等情况，这种划分带有自然区划思想的萌芽，对中国古代地理观念产生了深远的影响。
导山，专记山岳。将黄河中下游及汉水、淮河之间的20多座山归纳成4条自西向东的“山列”，并记述了主要山岳的名称分布特点和治理情况。由山系的记述顺序可以得知，作者已经掌握了九州山岳分布西高东低和我国山岳西部集中、东部分散两大特征。
导水，专记九州河流的情况。被认为是《禹贡》中地理知识的精华，因为假托大禹治水，该部分按照先北后南，先上游后下游，先主流后支流的顺序，对九州中的弱水、黑水、黄河、汉水、长江、济水、淮河、渭水、洛水九条河的水源、流向、流经地、支流及河口等情况作了详细的描述，为后世留下了宝贵的水文资料。
五服，则以500里为距离，由王都向四面等距离扩张，一次分为甸、侯、绥、要、荒五服，并规定了相应的管理方法及赋役缴纳等级。这是一个理想的地理制度，表达了作者要求大一统的政治见解。这种政治见解，应该是战国时期人民期望改变诸侯割据、实现国家统一的愿望的反映。
《禹贡》是先秦时期一部富于科学性的地理记载，它运用战国时期迅速发展的地理学知识，超脱了《山经》的原始地理概念和原始的幻想阶段，以征实为目的，尚实地考察，因而在地学知识和地学思想方面都比《山经》有了一定的进步。《禹贡》一书出，九州风雷，一言九鼎便有了现实的着落。有人称“禹贡一书，古今地理志之祖者”。清代学者李振裕评说“自禹治水，至今四千余年，地理之书无数百家，莫有越《禹贡》之范围者”。
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