两宋时期是中国古代科技史上的黄金时期，众多杰出学者不断钻研所形成的合力最终推动中国古代科学技术迅速发展，使其在当时的世界上处于顶尖位置。四大发明集中代表了中国古代科技所取得的成就，而其中的三项都完成于宋代，即火药配方的改进、完善，指南针以及活字印刷术的发明与应用。

至少在唐代中期，史书中已经有了关于火药的记载，到了宋代，火药配方得到了进一步改进，各种原料配比有了比较固定的比例。古代火攻，起初多用油脂草艾之类，宋代火攻武器有了巨大发展，970年起陆续出现了火箭、火球、火’藜等火攻武器。

但是，北宋时期的火药以纸等包裹，含硝量、含炭量还都比较低，呈膏状，且没有引信，大体上只是一种纵火性、燃烧性武器。南宋以后，宋人增加了火药中的硝、炭含量，火药就从膏状变成了固态，同时他们使用了引信和铁质火药罐，火药从燃烧型武器转变为爆炸型武器。北宋时期使用的火器主要有弓火药箭、弩火药箭等。士兵们在一般箭头的后部环绕着箭杆捆绑上一个球形火药包，然后用弓弩来进行发射。

学者据此认为这是我国最早的管形火器，但这种说法还缺乏进一步的证据支持。文献中关于管形火器的记载始于12世纪，宋高宗绍兴二年，陈规在驻守德安时，制造了二十余条“长竹竿火枪”，这种火枪由两名士兵共用一条，为火器的进一步发展奠定了基础，是近代枪炮的鼻祖。由于竹制火器射程较近，且不耐用，因此在13世纪末到14世纪初，我国就发明了金属制造的火铳和火炮。1970年，黑龙江阿城出土了铜铳，据测定，它的年代在1288年以前。二，指南针我国是世界上最早发现磁铁指极性的国家，早在战国时期，就利用磁石指南的性质，制造司南来确定方向。

但司南是由天然磁石加工而成，容易失去磁性，且体形较大，“磁杓”直接放在地盘上，转动不灵敏，难以精确地指示方向。从司南进化到指南针，经过了一个漫长的过程。指南针究竟何时问世，尚无确切说法，目前所知最早的关于指南针的明确记载始见于北宋中期，《武经总要》《梦溪笔谈》《本草衍义》等文献对此有相关记述。《武经总要》中记载了指南针的制作方法：将薄铁片剪裁成长二寸、宽五分，首尾如鱼形的形状，用炭火烧红，以尾“正对子位”放入水盆中，水超过尾部数分时停止，“以密器收之”。这是一种利用地磁场的作用使铁片磁化的方法，将铁片烧红，以尾“正对子位”，可以使铁片内部较活跃的磁畴沿地球磁场的方向排列，达到使铁片磁化的目的。

《梦溪笔谈》中还记载了一种利用天然磁石加工钢针，从而使钢针获得磁性的指南针加工方法，其原理是利用天然磁石的磁场作用，使钢针内部磁畴的排列规则化，从而让钢针显示出磁性。书中记述了三种磁针装置方法，即漂浮法、支承法和缕悬法，当时使用较多的是漂浮法和缕悬法。沈括还谈到了磁偏角的作用，指出指南针并不是正对南方，而是稍稍偏东。由此可知，至迟到11世纪，指南针在我国的发展已经非常成熟，有多种制作方法，这是经过人们反复试验总结出来的科学方法。这段材料描绘了北宋晚期的航海活动，是世界航海史上关于使用指南针的最早记载。

南宋以后，指南针逐渐取代天文导航，成为主要的导航方法。反映了指南针在航海中作用的提高。

到了宋代，雕版印刷业进入鼎盛时期，尤以汴京、四川、福建、浙江地区最为发达，四川的成都、眉山是当时著名的雕版中心。南宋以后，雕版良工多聚集于杭州，甚至涌现出一些女性著名刻工，如李十娘、谢氏、徐氏等，浙本书也以文体方整、刀法圆润而著称。

从保存下来的宋版书籍看，它们大多刻工精良，刀法纯熟，纸墨装潢精美，字体追求书法艺术性，而且人们对于刻书的工作十分认真，每一本书在出版前都会经过认真的校勘，因此，宋刻本备受后代藏书家所珍视。两宋时期，已经应用铜版进行印刷。

中国国家博物馆藏有一块“济南刘家功夫针铺”铜版：其最上部刻“济南刘家功夫针铺”八字；其下正中刻一幅玉兔捣药图，左写“兔儿为记”，右写“认门前白”；再下为“收买上等钢条”等二十八字。据有关专家认定，这块铜版用于印刷当时的商品广告。两宋刻书业的繁荣，不仅使雕版印刷进入鼎盛时期，而且推动了我国古代印刷术的发展。仁宗庆历年间，工人毕昇发明了活字印刷术，实现了印刷术的重大突破。

毕昇发明的活字印刷术是世界上最早的活字印刷术，它减少了反复雕版的过程，一套活字可以印刷多种书籍，既省时又省力，经济方便，是印刷史上一项极重要的发明，是中国古代劳动人民对世界文化的伟大贡献。近代以来，国内外都有学者怀疑毕昇胶泥活字印刷的可行性，所谓胶泥刻字，乃是做铸字的模型。其实，自活字印刷术发明后，很多学者曾进行过模仿。如南宋周必大提到，他曾用毕昇的活字印刷法以胶泥、铜版互换，印刷自己所著的《玉堂杂记》。清人翟金生曾对胶泥活字进行了三十多年的研究和试验，制作泥活字十万多个，“坚贞同骨角”，并在七十岁时印刷了自己的文集，取名《泥版试印初编》，现藏于国家图书馆。

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