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张柏春 中西科技错位发展四百年
  张柏春,中国科学院自然科学史研究所所长、研究员、博士生导师,兼任国际机构与机器学联盟(IFToMM)机械史委员会执委、中国机械工程学会理事、Science in Context等期刊编委。曾担任国际东亚科学技术与医学史学会副主席、中国科技史学会技术史委员会主任。 主要研究领域为: 技术史、力学史、科技发展战略。 主要著作有:《中国近代机械简史》《明清测天仪器之欧化》《苏联技术向中国的转移:1949—1966》(合著)、《传播与会通:〈奇器图说〉研究与校注》(合著)、《中国传统工艺全集:传统机械调查研究》(合著)、《技术史研究十二讲》(合编)、《技术的人类学、民俗学与工业考古学研究》(合编)、《中国近现代科学技术史研究丛书》(副主编之一)等。发表论文80余篇。

  科学和技术是不同的两个知识体系,一个是理论知识传统,一个是工匠传统。在古代,科学和技术是分离的。提起中国古代的“四大发明”,国人津津乐道。古代中国人解决实用技术和工程问题的能力非常突出,发明了许多技术,在数学、天文、医学、农学等知识领域也有很多创建。先秦时期,社会发生急剧变革,出现了大的战乱。但是, 这一时期的思想非常解放,包括科学技术在内的知识增长得非常快,是中国最有创造力的时代之一。当时科学知识与技术的创造活跃,成就不凡。到了汉代,科学技术又有很大的发展,为社会进步做出了贡献。汉武帝对匈奴战争的胜利,大家通常关注的是一些政治原因和战略战术。 实际上,科技的因素也非常重要。当时,汉兵在兵器方面占有很大的优势,以至于一个汉兵可以对五个匈奴兵。汉兵使用的钢剑尺寸长、锋利、耐用,而匈奴兵使用的是又短又脆的青铜剑。再者,青铜兵器的成本比钢铁兵器高。弓箭头的取材方面,汉兵用的是铁箭头,成本比较低,可以大量供给;匈奴兵使用的是铜箭头,成本高,不能大量供给。 因此,汉朝在对匈奴的作战中,取得了兵器技术的明显优势。唐朝疆域广阔,文学艺术繁荣,但在科学技术方面相对平庸。宋朝虽在军事上打过不少大败仗,疆域不够大,但在科学技术创造方面却走向高峰,有人把北宋称作中国知识的“文艺复兴”时期。元朝以后,特别是13世纪末或14世纪初以后,中国科学技术开始趋于缓慢发展,甚至停滞、衰落。 七百多年来,中国人在科技方面有不少作为,却几乎未做出对世界产生重要影响的科学发现与技术发明!

  众所周知,中国近代科学技术远落后于西方,而落后的原因是近数十年来许多中外学者共同关心的一个问题。1944年10月,李约瑟博士在《中国之科学与文化》的演讲中说:“古代之中国哲学颇合科学之理解,而后世继续发扬之技术上发明与创获亦予举世文化以深切有力之影响。问题之症结乃为现代实验科学与科学之理论体系,何以发生于西方而不于中国也。”他试图认清“问题之症结”。然而,直到李约瑟95岁去世前,他和他的合作者们仍没有得出满意的结论。其实,在李约瑟先生表述这个问题之前,中国人已经意识到这一问题了。比如,竺可桢先生在1935年10月27日作了《中国实验科学不发达的原因》,试答“为什么中国不能产生实验科学”这个问题。20世纪80年代初到现在,很多学者对这一问题进行过探讨,提出了不同的观点。我们认为,中国科学技术落后于西方的发展根源中应当包括古代中西方的知识模式与发展轨迹等方面的差异。比如,先秦《墨经》中对杠杆的力学认识可以与古希腊亚里士多德的力学解释相媲美,然而,亚里士多德和阿基米德的初始力学知识发展成系统的力学理论,而中国《墨经》的力学知识传统在战国以后却中断了。不过,我们今天要讨论的不是中国为什么落后,而是另外一个问题:中国和西方在科学技术方面拉大差距之后的四百年是怎样错位发展的?两者发展的模式、方向和阶段都有怎样的差异?

  一、14-16世纪中国与欧洲的初步比较

  14-16世纪,中国与欧洲在社会、文化等方面的发展表现出日益明显的方向性差异。明朝取代了元朝,延续着封建王朝的传统。这个王朝把中国封建统治术运用得非常纯熟,但在文化上过于保守,缺乏创新的精神。欧洲发生了“文艺复兴”,人们更加重视对自然和自身的认识, 在追求知识方面的效果与中国先秦差不多。

  从创造性的角度看,中国逊色于欧洲。明朝完成了编《永乐大典》 这样的文化工程。1578年,李时珍写成内容丰富的《本草纲目》,系统地总结了传统的本草知识。但是,《永乐大典》和《本草纲目》并没有突破原有的知识框架,鲜有新的创造。相比之下,欧洲的达·芬奇在机械设计、绘画透视法等领域表现出天才的想象力。米开朗基罗在绘画、 雕塑、建筑等方面创造了非凡的杰作。

  我们再比较一下中国与欧洲的航海。1405年,郑和开始率领两万多人的庞大船队下西洋(即印度洋),到1433年船队共七次下西洋,这展示了中国造船与航海等技术的实力。七次下西洋的确是航海史上的壮举,不过,郑和船队既没有为明朝的发展带来新的机遇,又没有为世界造船与航海事业贡献多少新技术,44丈长、18丈宽的船型不代表未来舰船的发展方向。相比之下,1492年哥伦布发现了新大陆。6年后,达·伽马绕过非洲到达印度。1519-1522年,麦哲伦实现了环球航行。哥伦布、达·伽马和麦哲伦等人的航海不像郑和那样人多势众,却更富有冒险精神,为欧洲向全球的扩张开辟了航向,带来了机遇。欧洲的造船技术沿着高桅杆与软帆等传统,后来向着大型化、多桅杆方向发展,到18世纪已显现出明显的技术优势。不断进步的造船与航海技术支撑了葡萄牙、西班牙、荷兰、英国向亚洲、美洲扩张,帮助他们获得财富。实际上,贸易扩张是西方国家实现现代化的一个重要条件。

  这一时期,中国和欧洲在科学技术及思想领域都取得了成就。不过,中国人的工作大多属于总结性的,而欧洲人的工作更具开拓性和创造性。这之间的反差非常明显的。

  二、第一科学革命与有限的西学东渐

  (一)欧洲的第一次科学革命

  西方国家的发展在很大程度上得益于科学革命。16世纪中叶,欧洲拉开了第一次科学革命的序幕。1543年,哥白尼在犹豫了多年之后,于临终前在《天体运行论》中发表了新的行星运动模型。哥白尼把地球和太阳的位置颠倒了一下, 提出“日心说”,对其他天文知识的改动并不大。由于他的模型对解决历法等实用天文学问题的帮助不大,模型与观测之间的偏差较大,“日心说”起初不被天文学家们普遍接受。在天文界之外,日心说对天主教产生了冲击,引起了罗马教会的愤怒和社会的普遍关注。意大利人布鲁诺因坚持和传播日心说而被宗教裁判所判为“异端”,于1600年2月被烧死在罗马。

  科学发展的最大拐点出现在科学知识变革剧烈的17世纪。伽利略试图解决亚里士多德理论与观察到的现象、实验结果的冲突,创造性地将实验的方法和数学的方法结合起来,研究最具有挑战性的弹道、落体运动、摆等当时的前沿科学问题, 解决这类问题与亚里士多德传统的理论解释的尖锐矛盾,也预示着理论传统与工匠传统的结合。如果一个科学革命发生时,正是因为弹道、落体、摆等新的主流科学问题的出现,才使得新研究方法形成,引起知识体系转变,科学发生革命。伽利略的研究促使经验科学走向实验科学, 为解决具有挑战意义的科学问题做出了重要贡献,被誉为“科学革命之父”。1633年,声誉甚高的伽利略受到教会的审判,但这未能阻止科学前进的步伐。开普勒提出行星运动的椭圆轨道理论。在伽利略、开普勒等人工作的基础上,牛顿总结了物体运动定律和万有引力定律,实现了经典力学的理论综合,为近代科学大厦建立起基本结构。

  要全面理解西方文化和近代科学,就有必要了解科学与宗教的关系。科学家信奉宗教未必妨碍他们取得科学成就。中世纪的神学家宣称上帝是万能的。有些人对这个断言,乃至是否存在上帝提出了质疑。为了说明上帝不是万能的,有人聪明地提出了这样一个问题:“上帝能否造出一块连他自己都举不起来的石头?”如果说上帝不能造出来,那他不是万能的;如果说上帝能造出来,那他就不能举起来那块石头,他还不是万能的。 牛顿虔诚地信奉宗教,关心上帝是否存在的问题。在他看来,世界如果是有秩序、有规律的,那一定有上帝主宰着这个世界。 他相信,如果能够证明世界是有秩序的,特别是能用数学描述的,那就证明了上帝是存在的。于是,他花费了很多时间研究世界的规律性。到 1687年,他终于完成了《自然哲学的数学原理》,阐释了物质世界的秩序。这部书标志着十七世纪科学革命的高峰和经典力学框架的建立,为后来的科学发展、技术发展和机器生产奠定了真正的科学基础。牛顿还在光学和其他方面也做出了很重要的创建。因此,牛顿是完成科学革命的巨人。

  科学革命源于已有理论与科学观察、经验或实验的本质冲突,新问题对科学家与工程师提出了挑战,新思想、新构建的理论与方法最终突破了宗教或旧理论的束缚。科学革命往往表现为集群式的突破和群星灿烂的景象,推动整个自然科学知识体系的转变,甚至对社会知识产生了广泛影响。

  很多古代“科学家”的身份不是特别突出和明确。17世纪科学革命中产生了一些以追求科学知识为目标的人。他们形成了新的群体,分布在意大利、荷兰、英国、法国、德国等不同的地方,成为一种新的知识共同体。宗教已经没能力束缚这些人的思想。意大利最早形成了“猞猁学院”,伽利略等人在那里相聚,讨论和研究科学问题。1660年英国皇家学会的成立与1666年法兰西科学院的建立标志着近代科学成为一种新型的社会建制,反映着皇家和社会对新兴的知识体系与社会角色“科学家”的承认。

  中国是统一的中央集权王朝。如果把观象台关掉或者束缚住,天文就很难有好的发展。相比之下,欧洲是多元的。一处不愿意支持科学活动,科学家还可以搬迁到其他的地方去。譬如,丹麦天文学家第谷·布拉赫得到国王的支持,1576年在丹麦汶岛建造天文台。经过20年的观测,他发现了许多新的天文现象,取得了大量宝贵观察资料。1588年丹麦国王去世后,第谷·布拉赫不再受到政府的重视,1597年离开汶岛,到布拉格继续做观测。

  (二)欧洲科技随天主教传入中国

  当欧洲发生科学革命的时候,中国科学技术则仍沿着自己的古老传统缓慢前行,有些领域甚至陷于停滞或衰落。

  科学知识之所以能从欧洲传到中国是因为宗教活动。自16世纪起, 由于航海技术的发达与贸易的扩张,中国与欧洲这两大文明传统得以直接交流。当时,天主教在欧洲遇到了很大的困难,不仅有来自新教的冲击,也有科学知识的冲击。为了达到传播天主教,罗马教会开始向亚洲和美洲拓展传教空间,于是,欧洲传教士来到了中国。那时,明朝比较封闭,推行禁海的政策。1551年,传教士来到广东的上川岛,试图登陆中国大陆,遭到拒绝。后来,传教士以澳门为落脚点,向内地渗透,并以小恩小惠的方式,向明朝官员赠送稀奇的礼物。此时的明朝官员已不像王朝建立之初那么廉洁。一些官员接受贿赂,为外国人行方便,但还不敢轻易接纳外国人在广州居住。1581年,意大利传教士罗明坚向广州的一名总兵赠送欧洲钟表,换取好感,试图找到与朝廷联系的途径。 1583年,罗明坚和另一位意大利传教士利玛窦一起带着钟表、三棱镜等礼物到达了广东肇庆府,获准居住在肇庆城东关。利玛窦等传教士注意到,与中国官员建立良好的关系,将有助于他们在中国立足和传教。他想与明朝皇帝建立良好的关系,争取皇帝对传教的支持。1601年,他带着钟表、地图等礼物到北京,终于见到了万历帝,并因维护钟表在皇宫里的运转而获准在北京居住。

  为了在中国落脚,传教士改变了传教策略,即从学习中文、适应中国习俗入手。他们还改穿中国的儒服。利玛窦是明清时期来华传教士中最有影响的一位。他推动了天主教在中国的传播,也像马可·波罗那样促进了欧洲人对中国的认识。利玛窦很聪明,记忆力也很好,曾研究过欧洲的记忆术。有些中国人愿意跟他交往,是想学记忆术,以便在科举考试时取得好成绩。

  利玛窦发现,中国人对数学、天文、地理、仪器等方面的知识很感兴趣,且尊敬有这些知识的人。于是,他实践了以介绍科学知识助传教的策略,向中国人介绍西方的天文学、数学、力学、地理学、钟表技术等。在他交往密切的中国人里,徐光启是最有影响力的士大夫。徐光启向利玛窦学习了西方的数学知识, 并非常推崇克拉维斯注释的欧几里得的《几何原本》。利玛窦与徐光启合作翻译了这部书的前六卷,这就是我们中学所学的初等几何学。中国古代数学长于计算,在几何学方面逊色于欧洲,因此,《几何原本》的翻译弥补了中国传统知识的不足。

  中国历代王朝都高度的重视天文观测和历法制订。 在中国的传统中,皇帝是 “天子”,按照天意行使皇权。如果皇帝不支持天文历法,不能与天相通,那么皇权的合法性就成了问题,必将受到质疑。在明朝建立200多年后,朝廷所用的《大统历》实际上仍然是元朝郭守敬等人所造的《授时历》。由于时间已久,误差越来越大,预测日食很容易失准。徐光启于1628年出任礼部侍郎,次年晋升礼部尚书。他借钦天监推算日食失准之机再次向崇祯帝建议改历。1629年9月徐光启奉旨督领修历,启用传教士参与此项工作。德国传教士邓玉函等人帮助徐光启制订了一整套改革历法的方案,即制订《崇祯历书》的计划。针对修历工作,徐光启提出由“翻译”到“会通”的“超胜”欧洲人的路径,希望“取彼方之材质,入《大统》之型模”,意思是将欧洲的科学知识纳入到中国传统天文历法的框架之中。可见,他对中国传统知识体系仍然是有信心的。

  古代和近代,帝王的态度对科学技术的命运有重要影响,以17— 18世纪的三位帝王为例:法国的路易十四支持建立了法兰西科学院, 目的是通过科学研究给法兰西带来荣耀。康熙帝是中国历史上科学素养最高,对科学兴趣最浓的皇帝。他以传教士为师,研习西洋的科技知识,并喜欢在大臣们面前炫耀天文、数学等知识,显示自己在文化方面并不比汉臣差。这反映了他内心中的文化自卑,以及在文化上打击汉人的政治谋略。事实上,他无意改变中国传统的知识体系。俄国的彼得大帝立志要追赶西欧,亲自到西欧考察,了解了科学的重要。 他甚至自己发明机械装置。俄罗斯圣彼得堡冬宫收藏的一件机械模型就是彼得大帝设计的。在他的谋划下,俄罗斯模仿法兰西科学院,于 1724年在圣彼得堡创建了自己的科学院。俄罗斯科学院聘请国外一流科学家到圣彼得堡工作,同时培养俄罗斯的青年学生,使俄罗斯的科学研究有了一个高起点。

  传教士们看到了中国文化的优点和缺点,比较推崇中国的文官制度。他们写给欧洲教会和写给中国皇帝的信表达了不同的看法。为了能够留在中国,他们在写给中国皇帝的信中赞誉中国,称自己仰慕中国的文化。在写给欧洲的信里,他们可能说中国的天文学和数学等都是落后的。早期来华传教士向欧洲人描绘了中国美好的一面,这使得伏尔泰这样的思想启蒙者、数学家和哲学家莱布尼兹对中国产生了非常好的印象。他们没来过中国,却在论著中赞誉了中国的技术发明和科学知识。 1688年法国传教士来华之后,他对中国的看法与早期来华的意大利、德国传教士有些不同。

  欧洲传教士架起了明清两朝与欧洲的文化交流渠道,传播了科学技术知识,然而,他们并不是专门的科学使者,他们的主要使命是传教, 很少介绍最新的科学进展。明清中国学者与皇帝虽然掌握了西方制订历法的天文和数学知识以及钟表技术等,但都不了解欧洲正在发生的科学革命。当时,中国学者自己撰写的科技论著如《天工开物》(1637)、《农政全书》(1639)、《徐霞客游记》(1642)等, 主要是总结性质的或实录性质的,是沿着传统知识框架的一种渐进式的充实,其创造性与文艺复兴以来的达·芬奇、伽利略、牛顿等相差甚远。 中国人无缘伟大的第一次科学革命。

  三、18世纪欧洲技术革命与中国对欧洲的拒斥

  (一)欧洲的工业革命与技术革命

  人类技术与工业的最大拐点发生在18世纪。工业革命与第一次技术革命首先发生在英国,它以蒸汽机的发明与应用及机器作业代替手工劳动为主要标志。

  工业革命中,重大技术发明之间互动,技术与产业互动,造成集群式的技术发明与技术创新的技术发展态势,从而实现技术体系的根本变革。技术突破成就了工业革命,极大地丰富了社会物质财富,改变了世界格局。英国在17世纪的科学革命出现了牛顿,在18世纪的技术革命又有瓦特。这个国家作为工业革命与技术革命的贡献者与受益者,崛起为世界头号强国。法国在启蒙运动中及其后发展起来,伏尔泰亲自翻译牛顿的力学理论,推动法国的科学启蒙。

  与技术革命相比,科学在18世纪的发展就显得有些逊色。18世纪科学领域最大的突破发生在化学领域,法国化学家拉瓦锡提出燃烧理论, 使化学进入真正的科学研究时代。法国大革命付出了科学人才方面的代价。拉瓦锡曾是收税官,得罪了很多人,在法国的大革命时被杀。当时的革命者说:“革命不需要化学家。 ”

  (二)中国对欧洲的拒斥

  18世纪,中国人对欧洲的工业革命、技术革命全然不知,“康乾盛世”的清王朝沉湎于“天朝上国”的盲目自尊,对欧洲知识的了解仍然完全依赖传教士的活动,而科学与宗教的有限结盟影响着科学知识传播的内容选择与进程,知识传播活动被限制在由中西不同的政治和宗教体系的相容部分所规定的狭窄空间内。

  清朝能任用传教士主持其天文台,但是,康熙帝不允许破坏以儒家思想为核心的文化系统,即中国政治与社会的文化根基。1683年,比利时传教士南怀仁上疏康熙帝,请求刊行他集欧洲天文学、力学、逻辑学等知识而编成的《穷理学》,书名缘于中国的“格物穷理”。在这部书中,南怀仁试图将传入中国的西学构造成形而上的知识体系,将其摆在与儒学同等重要的地位,甚至希望将其纳入科举考试。这应该是犯了大忌。圣贤之学是康熙帝治国的依据,如果欧洲的知识和中国的圣贤之学齐名,就可能动摇王朝意识形态的基础和架构。于是,康熙帝以“此书内文辞甚悖谬不通”而将其拒斥。由于《穷理学》是手抄的,还没来得及配图,流传到现在仅剩14卷。

  类似地,罗马教会不容忍其宗教信仰受到非基督教文化的“腐蚀”。随着罗马教廷与中国儒家学者对彼此的信仰即伦理哲学了解的加深,二者产生了不可调和的矛盾。1610年利玛窦去世后,利玛窦以科学助传教的方法受到其继承者的质疑,遂向罗马教皇状告利玛窦奉行的是邪教路线。18世纪初,天主教与儒家传统之间的矛盾日益突出。康熙帝与罗马教会的“礼仪之争”,促使1723年清朝决定禁绝天主教。天主教一旦被禁,依附于传教的科学技术传播也随之中断。

  康熙帝是讲究文化策略的帝王。他支持中国学者的学术自立,其标志性的工作是在康熙帝请清初著名学术家梅文鼎的孙子,数学家梅觳成等主持编撰《数理精蕴》,即把传教士带来的欧洲古典数理知识和中国传统的一些知识相融合,构造了一个新知识体系。1723年,《数理精蕴》完成,这部书与近代科学主流相去甚远。譬如,编者将杠杆等力学问题当作数学算题来处理,忽视其物理意义。后来的乾隆帝指派传教士按照他的设计要求,制作追求玩赏功能的机械钟表,还为观象台制作将中国传统浑仪与欧洲仪器结合的、复古的天文仪器。1793年,乾隆帝严辞拒绝英国使者马嘎尔尼提出的通商请求,忽视望远镜等科学仪器及其他工业产品的意义。总之,在18世纪的大部分时间内,清朝都处于闭门造车的状态,技术革命和工业革命都与中国不相干。

  即使在欧洲工业革命期间,中国的丝绸、陶瓷、茶叶等产品仍在国际贸易中具有竞争力,为清朝带来了贸易顺差。为了解决对中国的贸易逆差,欧洲人在明朝就设法向中国输入商品,1773年英国人开始向中国输入鸦片,最终引发了中国的社会问题及中英之间的冲突。

  四、19世纪欧美科技革命与中国“师夷之长技”

  (一)欧美的科学突破与技术革命

  19世纪,科学革命的浪潮还在继续推动近代科学形成完整的体系,为新的技术革命提供了科学基础。19世纪30年代起,电力、电器、内燃机、炼钢、石油、新交通工具、新材料等技术问世,蒸汽机被内燃机和电机取代,机械革命被电力革命取代,铁被钢取代。这些革命性突破构成了第二次技术革命的壮观图景,人类社会由机械化时代进入了电气时代。

  19世纪科学的发展虽然没有突破牛顿的体系,但也成就了一批重大科学发现和理论创见。譬如,达尔文做了大范围的航行与考察,在《物种起源》中阐释了生物进化论。从法拉第发现电磁感应现象并总结出电磁感应定律,到麦克斯韦建立电磁场理论,电磁学成为物理学的一个重要分支。

  科技革命为很多国家的发展带来了机遇。一些国家较好地抓住了科学革命、技术革命与工业革命的机遇,崛起为强国。德国是很典型的例子。它作为新的科学中心,迅速跃升为世界工业强国。美国也是抓住了良机。这个新兴国家通过各国的移民获得先进的科学技术,并根据自己的国情进行技术的发明与创新。为了在地广人稀的国土上开发大农业, 美国人发明了联合收割机等新技术,率先实现了农业机械化和现代化, 并带动了相关技术的发展。到l890年,美国在世界工业生产中的份额已上升到第一位,成为后起的工业强国。西欧和美国以其强大的科技实力与工业实力,向亚洲、拉美等地区扩张,建立起许多殖民地,既争夺到海外资源,又扩大了市场,赢得巨额的经济利益。

  科学技术革命还包含制度创新,且制度创新能够催生发明创造。 1809年,德国教育家洪堡在柏林大学创造了新的教育体制,开创了大学的研究讨论班制度,加强了研究活动,使德国的大学成了“科学研究的养成所”。这种制度被欧美国家效仿,科学技术在教育制度中的地位被日益强化。随着化工和电器等技术的发展并受到科学的影响,19世纪末 20世纪初,德国、美国的企业创建了工业实验室,使企业有了越来越强的研发能力,成为技术创新的主要力量。爱迪生不仅是多产的发明家, 还是美国工业实验室的开拓者。

  (二)中国人“师夷之长技”

  1.技术的有限选择(1860—1895年)

  19世纪前半叶,中国对欧洲的贸易仍然是顺差。为了填补贸易逆差,英国商人向中国大量输入鸦片,给中国社会造成了严重的危害,引发了第一次鸦片战争。面对战争带来的危局,魏源提出“师夷之长技以制夷”的口号,但这样具有战略意义的思路未变成国策,响应者不多。 在第二次鸦片战争中,恭亲王奕訢调用中国最精锐的部队——蒙古族骑兵,抵御英法联军,结果还是被英法联军的枪炮打得人仰马翻。这使奕訢深切认识到了西方火器的优越及中国军事技术的落后。

  1860年清朝输掉第二次鸦片战争以后,魏源的口号终于有了实践的机会。洋务派官员在奕訢的支持下推动了自强运动,引入“夷之长技”——“坚船利炮”及其制造技术。其目的,首先是为了剿灭太平天国,其次是为了防御外敌入侵。曾国藩在给朝廷的奏折中说:“目前资夷力以助剿济运,得以纡一时之忧;将来师夷智以造炮制船,尤可期永远之利。”曾国藩、李鸿章等人用洋枪洋炮镇压了太平军,且从小军械所或洋炮局起家,试用近代制造技术,尝到了甜头。1865年容闳从美国订购的百余台机器运抵上海,装备起中国第一个正规的近代兵工厂—— 江南机器制造总局。在左宗棠的推动下,清朝于1866年在福州马尾创建了中国第一家近代造船厂——福州船政局。到清末,朝廷共办了29个军工厂,其产品装备了清朝的陆军和海军。

  然而,清朝办军事工业的举措存在非常明显的缺陷。第一,“头痛医头,脚痛医脚”。对西学的吸收基本上限于兵器制造,而未发展基础技术和基础工业。第二,清朝几乎是用办衙门的方法来管理工厂,甚至不计成本,不讲利润,没有采用近代企业制度。第三,本土技术人才的培养明显滞后,过多依赖外国工程师和技师。第四,一再仿造国外产品,技术不能自立,更无创新可言,落入“引进—落后—再引进—再落后”的循环。

  中国海军的命运就能够反映出“师夷之长技”过程中的一些严重问题。福州船政局造军舰,并办了学堂,请法国人教造船,聘英国人传授驾船技术。但福州船政局的产品比较落后,甚至造过打仗和运兵都不好用的船。为了建立北洋水师,李鸿章向欧洲购买舰船。1880年12月, 清朝驻德公使李凤苞与德国船厂签订制造两艘铁甲舰(即定远、镇远) 的合同。1885年二舰驶抵中国,挂上了龙旗。1888年12月,北洋水师在山东威海卫的刘公岛正式成立,舰上聘用了外国海军顾问。这样,中国就拥有了号称世界第六、亚洲第一的舰队。然而,北洋水师的官兵素质和管理很成问题。它参与走私,搭载客人赚钱,平时缺乏规范的训练, 打靶演习时弄虚作假。海军提督(舰队司令)丁汝昌原是李鸿章手下的一个骑兵军官,没有受过海军训练,治军不严。北洋水师在1894-1895 年的中日甲午战争中全军覆没,以至于清朝与日本签订屈辱的《马关条约》,这标志着自强运动的失败。在与日本舰队的海战中,北洋水师指挥不利,发挥不出自己的长处。主力战舰的火炮口径虽大,但炮弹命中率甚低。原本向德国订购了新式的速射炮,却因海军经费被用于修建颐和园而未果。而日本人为了打败北洋水师,建造航速快的舰船,装备了进口的速射炮。

  2.文化与制度的制约

  晚清科学技术发展慢、成效不佳,原因是多方面的,其中包括国人或盲目自大,或缺乏足够的文化自信,心态不够开放。俄罗斯引入近代科学的时候,俄国人喊出了“脱俄入欧”这样的口号。类似地,日本人曾提出 “脱亚入欧”的口号。这种心态使这两个国家诚心诚意地全面学习西方的先进科学技术和其他文明成果,但并没有抛弃自己的优良传统而变得全盘西化。中国人,尤其是保守的士大夫,担心引入的西方知识和技术会破坏传统社会的经济秩序、道理伦理秩序等。倡导吸收西方科技的官员也顾虑颇多,实际上坚守着“中学为体,西学为用”的原则。当西学对儒家传统伦理产生冲击时,保守派和洋务派几乎均选择维护传统。幼童留美计划的夭折就是反映这一特点的案例。

  1872年到1875年,清朝先后派出4批共120名官费幼童赴美学习。学生们都是从福建和广东的商人的孩子中选的,其中就有詹天佑。该计划进行到第十年时被强行提前撤回,理由是学生们“中学荒疏”“沾染洋习”等。这就是很荒唐的近代中国早期的公派留学。

  3.迟缓的认识

  近代科技在中国的启蒙过于迟缓,国人对近代科学的认识滞后。从技术层面的局部接受“坚船利炮”技术,到全面认可机器、铁路、电报等近代技术及其产业,在理论知识层面对近代科学有所了解,竟然用了 60多年的时间。经典力学、微积分等新知识的传播主要依赖译书等有限的方式。

  五、20世纪欧美科技革命与中国的曲折追赶

  (一)世界科学革命与技术革命

  20世纪初,爱因斯坦、普朗克等人创建相对论和量子力学,奠定了现代科学技术体系的基石。到1953年沃森和克里克提出DNA双螺旋分子模型,科学家们基本上确立了现代科学体系的基本构架。双螺旋分子模型标志着分子生物学的诞生,这实际上是用物理学的思路来解决生命科学的问题,后来的生命科学大致还是沿着这样的思路发展的。

  20世纪30—40年代起,欧美发生第三次技术革命,其主要标志是电子技术、计算机、信息网络技术、核技术、航天技术、新材料、生物技术等领域的集群式重大突破。美国为了解决弹道计算问题,于1946年2 月研制出ENIAC计算机。苏联的航天技术发展迅速,在短时间内利用有限的资源和专家,高效地实现了跨越发展,令发达国家刮目相看。新技术革命极大地提升了各个产业的技术水平,加快了全球化的进程,推动人类社会进入信息时代。科学、技术和产业之间的互动更加紧密,技术科学化,科学技术化。

  与17世纪时相比,发达国家在20世纪对发展科学的态度要积极得很多。发达国家率先把科学研究当作国家的重要任务,并建立国家科学研究机构,推动大学的科研工作,以提高国家的竞争力和军事实力,他们还不断完善科学制度。1911年,德国设立威廉皇帝学会(即马普学会的前身),通过促进科学的发展,创造国家的荣耀。到后来,希特勒鼓励威廉皇帝学会为战争提供科技支持。法国政府在1666年率先创建法兰西科学院,后来这个科学院被法国国民公会解散。1939年,法国成立了国家科学研究中心,以发挥国家在组织科研活动中的作用。美国在二战爆发后成为科技精英的汇聚地与科学中心,政府在科技领域投入很多, 为其战后至今保持世界第一强国地位奠定了雄厚的科技基础。苏联打赢了第二次世界大战,与其科学技术研究和工业动员能力有很大的关系。 二战期间,国家最高统帅斯大林甚至直接指挥苏联科学院的许多所长, 特别是那些从事自然科学和技术研究的所长们,形成服务于反法西斯战争的高效军事和科学动员能力。苏联还很好地消化了从美国等地引进的先进飞机制造技术,很快培养自己的技术人才。第二次世界大战以后, 日本、德国、韩国等很多国家都利用和平发展的时机,有效组织科研活动,推进技术创新,实现国家发展目标。

  (二)中国的曲折追赶

  1.从制度层面接受近代科学技术

  第一,选择近代科技教育制度。应该说从最早学习军事技术到改革教育制度,经历了一个逐步认识的过程。到20世纪初,清朝开始进行学制改革,即变革中国的教育制度。清朝“维新变法”的一个重要成果就是学制改革,1904年废除了科举制。京师大学堂(北大前身)的建立就是一个具体的成果。新学制使得近代科学技术成为中国知识体系中的重要组成部分,成为一种基本的社会建制,从而为社会造就一代一代的懂科学的人才。杨振宁、李政道等经过国内外的培养和历练,逐渐成长为科学大家,这也反映了中国早期科学教育事业的成功。

  第二,组织科学技术学术团体。在“科学救国”和“实业救国”思潮的影响下,中国新生的职业科学家和工程师创建了自己的学术共同体,其中最具影响力的是1915年创办的中国科学社和1912年詹天佑等创办的工程师学会,这些团体得到了政府的承认和支持,在促进学科建设、学术交流与合作方面发挥了非常重要的作用。

  第三,建立了科学技术研究机构。世界科学研究体制大致有两种, 一是英美体制,二是欧洲大陆体制。中国科学社的创建者试图建立独立于政府的科学研究机构,也就是说,选择了类似于英国皇家学会的自治的科学体制。实践表明,这种体制在当时中国的发展并不很成功。1928 年,国民政府在科学制度方面做出了新的重大选择,即决定组建国家最高科学研究机构——中央研究院。它类似于法兰西科学院、俄罗斯科学院。1929年,国民政府又成立北平研究院。中央研究院、北平研究院、 大学的研究机构给科学家们以较大的自主研究空间。

  我们现在缺少像蔡元培这样的科学与教育的事业家和大师。蔡元培以一个普通大学生的身份,数度赴德国和法国留学,学来了真正的洪堡精神。他致力于改革中国的教育,追求创造知识,提倡自由思想。在担任北大校长期间,他使北大成为一个真正意义上的现代大学。后来,又主持创建中央研究院,促进科学在中国的建制化与发展,奠定了我国科研事业的基础。

  德国和美国的工业实验室制度被很多国家效仿。范旭东创办的永利公司是中国企业在产品创新和创建工业实验室方面率先取得成功的典范。1928年,永利公司建立黄海化学工业研究社,它类似于欧美的工业实验室。侯德榜在永利公司成功研发制碱工艺,展现了中国企业的创新潜力。

  2.建立工业体系与规划科学技术

  20世纪50年代,新中国实施了“156项工程”等建设项目,引进苏联与东欧的技术,初步建立比较完整的工业与技术体系。

  新中国选择了计划经济模式下的科技体制,并对科学技术事业进行规划。《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要》(以下简称“远景规划”)的制订者们选择了“以任务带学科”为主的发展方针。苏联专家和苏联科学院等机构为此提出了很多建议,并且帮助中国开展了一些领域的研究。“远景规划”包括12个大领域,六百多个课题。作为国家目标,“远景规划”完成得比较好,原子弹和导弹研制成功,计算机、自动化等技术也实现了突破,为中国科研事业发展打下了一个比较好的基础。可以说 “远景规划”的成功实施,满足了国家战略需求,对中国经济与社会的发展产生了深远的影响:第一,全面地推进了中国的科技进步,填补了很多学科领域的空白,构建了现代科学技术学科体系的基本框架,产生了以“两弹一星”、 合成牛胰岛素等为代表的重大科研成果。第二,为发展社会生产力、解决民生问题等做出了重要贡献,这体现在大庆油田的勘探与开发等重大工程项目的成功实施、农业技术进步、疾病防治等方面的显著成效。

  3.发展中的挫折

  社会稳定与国家安全所受到的威胁始终困扰着国家的建设事业。20 世纪的前30年,社会动荡,战事迭起,国家用于发展科技的人力、财力十分有限。1928—1937年,中国经济快速发展,近代科学在中国实现了建制化。然而,日本全面侵华,打断了中国的建设部署,重创了中国人实业救国、科学救国的梦想。国民政府为了表示对日本抗战的决心,把几十个师的精锐部队部署在江浙,但难以抵挡住日军的全面进攻。性能优良的重武器过少,步枪在射程上不及日制“三八”步枪,中国军队吃了装备差、兵器制造技术落后的大亏。在阵地防御战中,大量的部队被消耗在日军猛烈的炮火、飞机轮番轰炸之中。

  1949年10月新中国成立后,中国经济、科技快速发展。教育体制由欧美制转向苏联的专业化制,使得中国一半的院校以工科为主,为培养工业化所需的人才奠定了基础。不过,前进中也遭受了严重的挫折。1957—1976年,批判所谓“反社会主义科学纲领”“大跃进”中的浮夸、“文化大革命”浩劫时期激烈批判“资产阶级科学”等政治运动破坏了科技事业,使中国与世界先进水平的差距再次拉大。

  4.任重道远

  的新问题、新理论和新方向寥寥无几。二是关键核心技术受制于人, 我国许多重要产业的对外技术依存度高,先导性战略高技术领域布局薄弱,直接影响我国产业结构升级、新兴产业发展和国家安全。三是中国特色的科技创新道路尚未形成,仍未从根本上解决科技经济“两张皮”的问题。现行的科技宏观管理体制从根本上制约着国家创新体系各单元作用的有效发挥,政府主导作用往往异化为“部门利益”, 难以真正集中力量办大事;市场基础作用往往异化为无序竞争,尚未形成竞争有序合作高效的机制;准确把握世界科技发展大势和国家长远发展需求进行前瞻部署的能力不强;有效吸引、培养和造就创新创业人才的政策与制度环境尚未真正建立;创新团体的活力和自主权、 创新人才的自信心和积极性需要大幅提高。”

  1978年,中国人终于迎来了“科学的春天”!改革开放为科技事业的发展创造了良机。三十多年来,中国科学技术有了十分显著的进步,令世人瞩目。当然,科技现代化、民族复兴的伟大历史使命尚未完成。中国科学院在《科技革命与中国的现代化:关于中国面向2050 年科技发展战略的思考》中指出:“从创新能力和体制机制方面看, 还远不能适应应对新科技革命的挑战和现代化建设的需要。突出表现在:一是原始科学创新能力不足,在可能发生科学革命的重要方向上,我国基本上处在前沿跟踪的水平,真正由中国人率先提出和开拓的新问题、新理论和新方向寥寥无几。二是关键核心技术受制于人, 我国许多重要产业的对外技术依存度高,先导性战略高技术领域布局薄弱,直接影响我国产业结构升级、新兴产业发展和国家安全。三是中国特色的科技创新道路尚未形成,仍未从根本上解决科技经济“两张皮”的问题。现行的科技宏观管理体制从根本上制约着国家创新体系各单元作用的有效发挥,政府主导作用往往异化为“部门利益”, 难以真正集中力量办大事;市场基础作用往往异化为无序竞争,尚未形成竞争有序合作高效的机制;准确把握世界科技发展大势和国家长远发展需求进行前瞻部署的能力不强;有效吸引、培养和造就创新创业人才的政策与制度环境尚未真正建立;创新团体的活力和自主权、 创新人才的自信心和积极性需要大幅提高。”

  中国科技领域存在的问题还须通过改革的实践来解决。科技与经济、社会、文化传统等存在着密切的互动关系,因此,解决科技发展中的问题,须从科技内部的改革做起,也须从其他方面进行变革。

  六、结语

  16世纪中叶以来,人类经历了科学革命、技术革命与工业革命交替发生或相伴发生的变革,科学革命和技术革命都表现出一定的规律性特征与周期性。

  科学传播、技术转移与模仿是后发国家不可逾越的发展阶段。中国度过这个阶段的时间为什么如此之长?或者说,中西发展的错位为什么持续了这么长的时间?四百年的经验告诉我们,中国的社会与文化存在诸多问题,需要我们认真地反思和研究,提出和实践有力度的改革举措。

  由于时代的不同、资源环境不同、科技发展阶段的差异,拥有十几亿人口的中国将走一条不完全等同于西方式的现代化道路、科技创新与跨越发展的道路。如果中国的伟大目标如愿实现,那么,中国很可能为人类摸索出新经验与新发展模式,中国人应该有足够的信心,把中国的事情办好。

  提问:谢谢张教授。我们现在强调创新,但创新能力还是不足。我们在科技的体制上、在教育上存在着哪些问题,请您具体讲解一下。

  回答:中国创新能力不足,这一点我觉得要考虑两个方面。一方面是我们创新能力在提高,西方国家现在进行技术限制的原因就是因为我们的创新能力提高了。另一方面我们还要脚踏实地地做好消化吸收工作。很多国家,如美国、日本,大部分的时间是在消化吸收先进的科学技术,不好高骛远。中国现在的问题是好走极端,自大的时候盲目乐观,自卑起来认为谁都比自己强。所以,从精神上来讲,应该强调创新、增强自主创新的信心和勇气;到具体的层面上还要冷静,选择务实的路径。

  从持续的创新来看,关键在教育。几千年来中国教育改革有两次变化:一次是发明科举制,使得社会精英被汇集起来,在治理社会方面取得好的成效;另一次是1903—1905年,中国进行的学制改革与废科举, 引入西方的教育制度和内容,科学技术教育被制度化。学制改革以来, 教育在本质上没有大的变革。

  教育是塑造人的,现在,我国在培养人才方面有很多问题。从幼儿园到研究生教育的完成,主要是一种“传授-应试”模式。学生从小就被告知许多个“不允许”“不行”等限制,造成与强化了心理抑制,压制着创造的天性。他们的思维形成了一定的习惯模式,长大后被鼓励进行科学创新,难度可能比较大了。

  我国教育方法可能离创新活动的实际不够近。几乎所有重大创新起初都比较粗糙,不够完美。而我们的教育注重传授完美的结果,教授给学生的知识体系的逻辑往往与创造知识的过程不同。比如,大学里教的微积分,从极限到微分、积分等,逻辑上非常完美,找不出概念和理论上的瑕疵,很难再改变它。学生们以为知识就是这样一下子完美地创造出来的。然而,牛顿创造微积分的时候,概念和理论远不那么完美,也没有关于极限的理论。

  三十年来,经济改革在中国差不多是一马当先。现在,最需要改革的应该包括教育。当然,科技体制也需要新的探索和改革。
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