中国古代的科学技术在宋代达到了顶峰。北宋学者沈括的《梦溪笔谈》被著名的英国科技史学家李约瑟称为“中国科学史的坐标”，沈括也被李约瑟誉为“中国整部科学史中最卓越的人物”。
四大发明中，火药与指南针诞生于宋代；《武经总要》《营造法式》等科技著作以及苏颂、韩公廉设计建造的大型天文仪器——水运仪象台也出现于宋代……另外，宋代文人的地位显著提高，促使了文化和艺术的繁荣，甚至有人将这一时期称为“中国的文艺复兴”，宋代的绘画作品（简称宋画）便是这场文艺复兴的集中体现者。
宋画有两大特征：首先，宋画摆脱了宗教与贵族题材的羁绊，涌现了大量的世俗画，比如张择端的《清明上河图》、李嵩的《货郎图》、李唐的《艾灸图》、马远的《踏歌图》等；其次，宋画以高超的写实技巧摹绘自然，比如林椿的《葡萄草虫图》、马远的《白蔷薇图》、赵佶的《柳鸦芦雁图》等。美国著名的中国美术史专家高居翰如此评价宋画：“在他们的作品中，自然与艺术取得了完美的平衡。
他们使用奇异的技巧，以达到恰当的绘画效果，但是他们从不纯以奇技感人。一种古典的自制力掌握了整个表现，不流于滥情。艺术家好像生平第一次接触到了自然，以惊叹而敬畏的心情来回应自然。他们视界之清新，了解之深厚，是后世无法比拟的。
”正是从这个意义上，本系列的宋代部分我们以“朝宗两宋”命名，一方面表达对宋画的仰慕之情；另一方面借用了李约瑟的科学史观，他认为近代科学的汪洋大海是不同古老文明科学细流“朝宗于海”的结果。宋画对前代绘画优秀传统的继承与弘扬，道理亦然。
《清明上河图》中的锯与舵谈汉代画像石，若不谈山东的画像石就说不过去，因为山东画像石出土数量多，分量重。谈宋代的写实画，《清明上河图》总绕不过去，亦是此理。
《清明上河图》是一幅画，却被后世学者当作一门学问进行长期深入的研究，这在艺术界并不多见，恐怕只有清代的《红楼梦》可以类比。笔者不禁想到王小波的一篇文章《我看国学》，批评某些红学研究者，本来就是一本书，却硬要把整个大千世界都塞在其中，结果只能走上歧途。国内《清明上河图》的研究，也有类似的问题。
有人统计，目前世界各地博物馆收藏的《清明上河图》有30多个版本，但多是明清的仿本。
仿本中当然也有价值很高的，比如辽宁博物馆藏的明代仇英本《清明上河图》，若从写实角度考察明代苏州世俗生活，就很有价值。但本文所谈的《清明上河图》，专指故宫博物院收藏的张择端所绘的那幅名作。关于张择端，现存史料甚少，目前我们只知道他是山东诸城人，早年游学汴京，后在宋徽宗时期供职翰林图画院，尤擅作舟车、市肆、桥梁、街衢、城郭，存世作品除《清明上河图》外，另有藏于天津博物馆的《金明池争标图》。
《清明上河图》呈现的北宋科技，学界论述不少，择二例简述如下。第一例是框架锯或框锯的出现。所谓框锯，就是现在仍常见的工字形锯，在工字形木框的一侧安装锯条，另一侧捆缚绳带，在绳带上一般缚有绞杆——用于调节锯条的张力。国家博物馆的孙机和同济大学李浈对框锯的起源和发展做过专门论述，特别提到《清明上河图》中一个制车作坊地面上摆放了一支框锯，这是我国最早的框锯形象。
李浈认为，框锯的发明在我国古代木工技术史上具有划时代的意义。因为它的出现，使解木变得较为简单易行，制材效率显著提高。原来可能要许多人共同进行的操作，现在只要两个人即可。那么在框锯出现之前，解木是如何进行的呢？大型板材靠木楔劈裂，小型的靠斧劈开，然后再用锛（单面刃，使用时手柄与刃口垂直）斫平，最后才是刮削。如果要精加工的话，还要进行研磨（平木用的刨，明代才出现）。框锯于解木之地位，由此可见。
《清明上河图》中的制车作坊第二例是汴河上船只使用的平衡舵。舵是控制船只运动方向的操纵装置，故我们常常称某一群体的领导为“掌舵人”。早在东汉时，我国已经出现了船尾舵。1954年，在广州市出土了一件东汉陶船明器模型，陶船尾部就有一舵，这是船尾舵的雏形。舵杆的顶端有一孔，应是安装舵柄用；舵面后部上方也有一孔，用于靠岸时悬吊船舵。
武汉理工大学造船史专家席龙飞认为，东汉陶船上这种舵为“拖舵”，因为这种舵还不能沿着垂直的舵杆轴线转动，保留着以桨代舵的痕迹。据其考证，转轴舵出现在唐代。到了宋代，《清明上河图》所绘汴河上的商船和客船，全部采用了船尾舵。更重要的是，这些船尾舵均是升降式平衡舵，所谓升降式，即舵叶可以随水的深浅调整高低位置；所谓平衡舵，即舵杆的两侧均有舵叶，这样转动起来比较省力。
当然除了升降式平衡舵技术，在《清明上河图》中还反映了不少宋代造船技术，学界亦有专著论述。
《清明上河图》中的升降式平衡舵笔者在研究这幅画时，也有一点心得，分享如下。“同名异物”的现象在历史学中很常见，一方面可能是语言传播的问题，一方面可能是事物本身的发展演变所导致。比如“辘轳”这个词，在历史上多指一种汲水机械。但我们现在理解的那种手摇（曲柄）辘轳究竟是什么时候出现的呢？《清明上河图》可以帮助我们解开这个谜。
汉代汲水的辘轳，就是指井上的定滑轮装置。
这不仅可以通过数以千计的汉代文物印证，也有陶井明器模型和画像石等作为佐证。到了北宋，手摇式辘轳的形象开始出现。《清明上河图》中绘有两口井，一口在闹市区赵太丞医铺旁，是个井口呈田字形的饮水井；另一口在郊外的菜园中，井口呈圆形，上设一辘轳。绘画中对辘轳着墨不多，但可以辨认出它是手摇辘轳。过去研究《清明上河图》的学者提到过该辘轳，但并未留意其技术史价值。
笔者又根据出土的一些文物资料——如北宋的砖雕作品，考证结果是：至晚在北宋中晚期，手摇辘轳已经比较普遍了。
《清明上河图》中的手摇辘轳既然《清明上河图》可以产生出“清明上河学”，那么南宋的《耕织图》完全有资格衍生一门“耕织图学”，因为自宋以降，《耕织图》的摹本、改绘本层出不穷；又因为历代统治者将其视为教化读物，大力推广弘扬，故在民间流传广泛、影响很大，许多瓷器图案、木雕作品都以《耕织图》为素材来源，甚至在民国时期发行的纸币上都能发现《耕织图》的身影。
现存《耕织图》的祖本来源于南宋于潜县令楼璹（shú）。据其侄楼钥记载：“伯父时为于潜令，笃意民事，慨念农夫蚕妇之作苦，究访始末，为耕织二图，耕自浸种以至入仓，凡二十一事；织自浴蚕以至剪帛，凡二十四事，事之为图，系以五言诗一章，章八句，农桑之务，曲尽情状，虽四方习俗间有不同，其大略不外于此。”楼璹相当于绘制了一套45幅的农桑连环画，附有诗文解说，大致相当于现在的农业生产指导手册。
他把《耕织图》进献给高宗皇帝后，受到褒奖，由此衍生了各种摹本。遗憾的是，楼璹《耕织图》原本现今不存，公认最接近原貌的是附有吴皇后题注的宫廷临摹本，而且仅存其中的《蚕织图》（现藏黑龙江省博物馆）。2008年北京奥运会期间，笔者在中国科技馆举办的“奇迹天工——中国古代发明创造文物展”曾一睹真容。那么《耕织图》中的“耕图”部分是不是永远消匿于历史了？并没有。
我们还算幸运，因为在后世的摹本中还能看到“耕图”部分。如果将较早的版本，比如元代程棨摹本，与吴皇后本对比，便可知程棨本的“耕图”部分与楼璹本相差不大。
程棨本《耕织图·插秧》《耕织图》对科技史的价值在于，它提供了一套真切、生动的江南农事劳作画面（农耕、蚕桑），描绘了一些较复杂的纺织机械，比如缫丝车、提花机等，为研究宋代的物质文化、社会生活提供了极大便利。
这里以缫丝车为例，谈谈宋本《耕织图》的重要价值。大家知道，北宋词人秦观是婉约派代表人物之一，著名的“金风玉露一相逢，便胜却人间无数”“两情若是久长时，又岂在朝朝暮暮”均出自他的《鹊桥仙·纤云弄巧》。但很少有人知道，秦观还写有世界上最早的养蚕缫丝的专著《蚕书》。《蚕书》体量不大，不到1000字，但系统总结了秦观家乡——江苏高邮一带养蚕缫丝的经验，特别提到一种新型的脚踏缫丝车。
但遗憾的是，该书并无插图，即使对专业学者而言也艰涩难懂。这其实是我国古代文人创作的一个通病，比如唐代陈廷章的《水轮赋》、刘禹锡的《机汲记》等莫不如此，过于追求辞藻华美、宏大叙事，结果就是读起来云山雾罩，再加上乡俗俚语、专业词汇等因素，往往使读者不知所云。《蚕书》记载的缫丝车，费了学界很大的气力，结合宋本《耕织图》、元代王祯《农书》和明末《天工开物》才弄明白。
这里宋本《耕织图》是指吴皇后本《蚕织图》以及现藏美国克利夫兰艺术博物馆的南宋梁楷所绘的《耕织图》（存部分“蚕织”场景）。需要注意的是，前者所绘的缫丝车还无法认定与秦观《蚕书》记载的相符，可以肯定的是梁楷《耕织图》所绘的缫丝车与《蚕书》记载一致。
梁楷本《耕织图》缫丝车因此可以说，宋本《耕织图》描绘了我国（其实也是世界上）最早的脚踏缫丝车，尤其是梁楷《耕织图》所绘图，上承《蚕书》所载，下启后世缫丝车主流形制，具有重要的技术史价值。李约瑟对这种缫丝车给予高度评价，因为这是世界上最早的由一种原动力驱动产生两种独立但运动相关的机械。
具体而言，当缫丝工脚踏踏杆时，利用曲柄连杆机构使丝軖旋转完成卷绕，同时利用绳带传动，再辅助一偏心轮机构，驱使送丝杆做往复直线运动，从而把丝线交叉分层绕在丝軖上。
源自中国的龙骨水车在“画说科技史”系列文章的开篇语中，我们提到过仇英本《清明上河图》的牛转翻车，现在集中谈一谈宋画中的翻车，也即龙骨水车。翻车是一种独具中国特色的传统机械。为什么这么说呢？首先，它出现的年代早，没迹象表明是文化交流的产物。
东汉宦官毕岚、三国时巧匠马钧与翻车的创制有密切关系，但那时候的翻车究竟是后世的哪一种（脚踏还是手摇），尚存争议。其次，翻车种类繁多，应用广泛。翻车可以根据原动力的不同分为脚踏、手摇、踏动地轴，风轮共转相钩加。”这里描写的是风转翻车，其中“老龙下饮骨节瘦”基本解释了为何翻车也叫龙骨水车，这与明代文学家田艺蘅所言的“盖龙能行水，亦取其形之似脊骨也”是一致的。
可见，到了南宋时期，除了水转翻车未有记载外，其余4种均已出现。宋画中呈现的是脚踏翻车与牛转翻车。
故宫博物院藏有一幅宋代团扇画《耕获图》，其中绘有我国最早的脚踏翻车。《耕获图》局部《耕获图》曾被认为是北宋晚期的民间画师杨威所绘，近年学界基本否定了这个说法，一般以佚名提及。
《耕获图》在长宽各25厘米的画面上描绘了几十个忙碌劳作的农夫，有耕田、耙田、插秧、耘田、收割……众多劳作场景，是非常典型的宋代风俗画。如果对比《耕获图》与后世《耕织图》的“耕图”部分，就会发现两者非常相似，它们有密切的沿承关系。当我们把目光聚焦到《耕获图》中的脚踏翻车，可以看到箱式车体斜置于溪流和田埂之间，四人双手倚靠在车架横木上用脚踩踏。
可以想象当他们飞快踩踏时叶片快速翻飞的情景，正如苏轼在《无锡道中赋水车》所写：“翻翻联联衔尾鸦，荦荦确确蜕骨蛇骨。”车架上的车棚，虽非必需，但很重要，因为踩踏水车非常辛苦，农夫往往赤背劳作，车棚可以遮挡炙热的阳光。
牛转翻车的形象最早出现在宋画《柳阴云碓图》，现藏故宫博物院。该画过去被认为是南宋马逵的作品，但也有专家认为此画并非马逵的画法，故亦以佚名题注。
画面上有三棵大柳树，柳荫下有一草棚，棚下一硕大带齿木轮，木轮左侧有一牛，牛后一男子在挥鞭驱牛。木轮右侧下方有一与之啮合的小木齿轮，小木齿轮右侧便是龙骨车。在大木轮上方放置一箩状物，似是为牛添加饲料的盛具。《柳阴云碓图》细心的读者可能觉得这幅画有点奇怪，它命名叫《柳阴云碓图》，画的却是牛转翻车，这不是张冠李戴吗？
至于这个名字怎么来的，颇难考证，但乾隆皇帝肯定是误解了，他御笔一挥题诗道：“柳阴结茅棚，运水更驱牛。云碓舂艰食，农民乐登秋。斯乐岂易得，祈年几许忧。”不知道他怎么把“云碓”扯了进来，云碓是云母碓的简称，云母本是一种矿物，但可以入（中）药，故在古代往往用水碓将之捣碎，这种碓便称为云母碓或云碓。李白《送内寻庐山女道士李腾空》有句是“水舂云母碓，风扫石楠花”，写的便是它。
再回头读乾隆的诗，可知他大概以为牛转翻车汲水后，然后用这些水再去舂云母碓，实在大谬！四体不勤的乾隆爷“脑洞”真是太大了。