中国传统科技文化与STEM教育——漏刻

　　STEM知识素养

　　一、人文知识

　　漏刻是中国古代的计时仪器之一。漏刻的产生发展标志着中国古人对于力学知识的深刻理解，同时也反映出随着社会的发展，人们对于时间认识的不断深化。最开始人们根据日月星辰的出没估计时间，他们观察到阳光下树影、房影的移动，进而用“立竿见影”的方法创造了最初的“表”，时间不停地前进着，“表”的影子从早到晚不停地移动着，由此人们可以了解时间。随后，古人又创造了“圭表”“日暑”等，但是这些仪器只能在白天有太阳的时候工作，那么夜间、阴天又怎么办呢?人们又发明了漏壶，漏壶又叫“滴漏”“刻漏”，传说黄帝时即已出现。《周礼》记有“望壶氏”，专司其职。

　　漏刻由漏和刻组成，漏是指带孔的壶，刻是指有刻度的浮箭，刻立于漏之中，能随着水位的变化而上升下降。漏刻主要分为泄水型和受水型两种类型。泄水型漏刻是指浮箭置于泄水壶中，并且会随着漏壶中的水面的降低而下降，从而读出浮箭上的刻度所对应的时刻。受水型漏刻的浮箭是在受水壶中的，浮箭则会随着受水壶中的水面的上升而升高，可读出此时对应的浮箭上的刻度指示的时间。漏刻的种类发展大致为由沉箭法到浮箭法，由单壶到多级壶。

图 1 多壶式滴漏[1]

　　中国科技馆展厅中珍藏着一件多壶式滴漏，如图1所示，分别为日壶、月壶、星壶、受水壶。其中受水壶内有一把标有十二时辰刻度的铜尺依附于木制的浮箭上。当水由日壶依次沿龙头滴下时，受水壶中的水位则会随时间的推移而升高，浮箭也逐渐上升，便可从铜尺上读出时间了。

　　二、科学知识

　　利用均匀水流导致的水位变化来显示时间，是漏刻计时的基本原理。漏刻是一种独立的计时系统，只借助水的运动。后来古人发现漏壶内的水多时，流水较快，水少时，流水就慢，显然会影响计量时间的精度。于是在漏壶上再加一只漏壶，水从下面漏壶流出去的同时，上面漏壶的水即源源不断地补充给下面的漏壶，使下面漏壶内的水均匀地流入箭壶，从而取得比较精确的时刻。

　　STEM活动实践

　　创意实践

　　漏刻（滴水计时器）的制作：

　　材料：

　　透明塑料杯、锥子、胶带、木板（硬质纸板）、棉线、水

　　创意参考步骤：

　　1.剪3段棉线，每段10厘米左右。用锥子在3个塑料杯底部各扎1个小孔，将棉线穿过杯底小孔

　　2.向杯子中倒入一点水，检查装在杯子里的水是否能够顺利的通过棉线滴出来，如果水不能顺利滴出来，再把杯底小孔稍微弄大一点儿

　　3.用胶带把3个塑料杯垂直粘在硬板上，从上向下标记为1号杯、2号杯、3号杯:

　　4.在3号杯下方再粘贴1个塑料杯，记作4号杯。这样一个简易的滴水计时器就做好了。

　　5.在1号杯中倒入100ml水。用计时器计时，每5分钟查看4号杯的水，并在杯子上按照水面高度画线，作为刻度。

　　创意改良

　　1.如何检验该滴水计时器的准确性？

　　2.水钟的准确度与哪些因素有关?通过哪些方法能够提高水钟准确度?

　　创意挑战

　　水钟在下雨潮湿的天气或者干旱的气候下容易受到影响，在冬天水又易于结冰。可以有其他较为准确的计时器解决这个问题吗?

　　参考文献

　　[1] 图片来源：古代高精度计时器-元代四级式漏刻en.vfe.ac.cn/NewsDetail-632.aspx

　　（作者/谢涛玲）

（一审：夏博 二审：刘乐 三审：蒋玉青）