一、相关概念
撰写这本《湖北科学技术史》，当然要先把一些概念梳理清楚，如科技、科技史、湖北等，借此对全书做一个铺垫。
1.科技
科技是科学与技术的合称。
科学，这个概念有广义和狭义之分。
广义的科学，泛指人类认识世界的活动，是关于自然、社会和思维的知识体系，是人们认识自然、改造自然的结晶。它主要包括自然科学和社会科学两大类。狭义的科学，指自然科学。英国学者丹皮尔从词源的角度做过考证，他说:“拉丁语词‘scientia’(scire，学或知)就其最广泛的意义来说，是学问或知识的意思。但英语词‘science’却是natural science(自然科学)的简称。虽然最接近的德语对应词‘wissenschaft’仍然包括一切有系统的学问，不但包括我们所谓的‘science’(科学)，而且包括历史、语言学及哲学。所以，在我们看来，科学可以说是关于自然现象的有条理的知识，可以说是对于表达自然现象的各种概念之间的关系的理性研究。”[1]我们现在通常所说的科学，主要指自然科学。
自然科学，也有广义和狭义之分。
广义的自然科学，泛指基础科学和技术科学。基础科学研究自然界本身的事物及规律，如物理学、化学、生物学、天文学等。技术科学是研究技术运用的，如建筑学、冶金学等。有些学科，如医学、工程力学等，则介于两者之间。狭义的自然科学，仅指基础科学。
当代有些学者提出古代没有科学，中国古代也没有科学，其依据是:近代意义的科学是500年来才有的科学。恩格斯讲过:“精确的自然研究只是在亚历山大里亚时期的希腊人那里才开始，而后来在中世纪由阿拉伯人继续发展下去；可是真正的自然科学只是从15世纪下半叶才开始，从这时起它就获得了日益迅速的进展。”[2]
然而，这些学者没有注意到，近代科学是由古代科学逐渐发展起来的。恩格斯也曾说过:“必须研究自然科学各个部门的顺序发展。首先是天文学——游牧民族和农业民族为了定季节，就已经绝对需要它。天文学只有借助于数学才能发展。因此也开始了数学的研究。——后来，在农业发展的某一阶段和在某个地区(埃及的提水灌溉)，特别是随着城市和大型建筑物的出现以及手工业的发展，力学也发展起来了。不久，航海和战争也都需要它。——力学也需要数学的帮助，因而它又推动了数学的发展。这样，科学的产生和发展一开始就是由生产决定的。”[3]恩格斯甚至认为古代比起近代，在自然知识的某些方面有胜过之处。他说:“虽然18世纪上半叶的自然科学在知识上，甚至在材料的整理上高过了希腊古代，但是，它在理论地掌握这些材料上，在一般的自然观上却低于希腊古代。”
显然，科学是个渐进的过程，“科学”一词的含义是不断发展和变化的。正如英国学者梅森曾说:“科学就是人类在历史上积累起来的，有关自然界的相互联系着的技术、经验和理论知识的不断发展活动。……如果我们要说明科学的过去情形和科学在历史上的成就，我们就会发现很难找到一种能简洁表示的适用于一切时间和地点的科学定义。”[4]
笔者的基本观点是:既然有近代的科学技术，当然就有古代的科学技术。中国古代是有科学技术的，而且是丰富的。[5]本书中，我们采用的是广义的科学技术概念。既然大家对科学技术的定义不同，有宽有窄，我们就没有必要围绕“中国古代有没有科学技术”而卷入无休止的争议。
2.科技史
人类社会的每一个国家都有本国的科技与文明，科技与文明决定着这个国家在人类社会的地位与贡献，决定着这个国家的过去与声誉，决定着其民众的自尊心与自信心，影响着这个国家的现在与未来。
我国古代并无“科学”一词，仅有“科”字。《论语·八佾》记载:“射不主皮，为力不同科，古之道也。”《说文解字》中“科，程也。从禾，从斗。斗者，量也”。程是用于分等级的计量单位。可见，科就是类，等级的意思。这与拉丁文“familia”(科)、英文“family”(科)的意思相近。在西方，“科” 是生物分类系统上所用等级之一，如门、纲、目、科、属、种。尽管我国古代没有“科学”一词，但科学知识还是有的，技术更是非常丰富的。
所谓技术，先秦时期已有“技”字。《尚书·周书·秦誓》记载:“人之有技，若己有之。”《荀子·富国篇》有“故百技所成，所以养一人也”。“技术”二字，于《史记·货殖列传》出现连用，“医方诸食技术之人，焦神极能，为重糈也”。(医家、方术等靠技术吃饭的人，动尽脑筋，为获取食物。)古代社会倡导读书，目的是要读书人当圣贤，而不是当技工。传统技术与“劳力者”的实践关系紧密，不被社会所重视，也是中国古代学术文化的悲哀。
在石器时代，社会上就有了各种技术，如盖房、播种、烧陶等，但还没有科学，数学、物理学、生物学等科学知识还不是以独立的姿态存在，而是孕育在早期的技术中。如人们烧陶，这是技术，但这个技术里萌生了力学、矿物学、化学等方面的知识。没有技术活动，很难设想有科学的发生。科学的发生依赖于技术的进步。进入文明社会，科学才慢慢地从技术中分化出来。(https://www.daowen.com)
我国先民的科学探索精神是很了不起的，《楚辞》中有一些涉及自然知识的句子，如天文:“夜光何德，死则又育?”地理:“东西南北，其修孰多?”气象:“蓱号起雨，何以兴之?”季节:“何所冬暖?何所夏寒?”建筑:“璜台十成，谁所极焉?”战国时期的屈原在《楚辞·天问》中提出的这些问题，反映了先民对未知科学的思考。
在人类历史上，科技与文明一直是并行的。如果说文明是一个整体，那么可以说科技是文明的一部分。科技的数量与质量直接决定着文明的水平，有多么发达的科技就有多么发达的文明。当科技只发展到石器与木器的程度时，文明也就只能是石器文明或木器文明。
然而，文明绝不止科技，不限于科技，文明的内涵与外延极其宏阔。文明是文化进化的表现，是文化精华的总和。文明像一个巨大的胞体，包裹着科技，孕育着科技，为科技提供平台，使科技成长并发挥作用。科技像个火车头，拉动着文明前行。文明为科技火车头提供着能量，提供了基础。
在人类社会，每一种文明都有独特的科技。如游牧文明在草原科学、动物科学、气象科学等方面有特长；农耕文明在种植科学、土壤学、物候学等方面有特长；工业文明在机械科学、动力科学等方面有特长。这些特长源于自然环境，源于经济生活，源于人的认识与创造。因此，文明与科技归根到底是由自然环境、历史条件、社会发展水平所决定的。欲了解科技，就必须了解文明，了解文明背后的历史与社会。
3.湖北
谈到湖北科学技术史，就有必要从科技视野谈谈湖北的名称。湖北有“荆楚”“鄂”等不同的名称，分别体现了不同的自然知识，具有生物学或植物学意义。
古代的江汉沼泽及小丘长满刺木，人们称之为荆。“荆”与“楚”同义，在汉代许慎的《说文解字》中，“荆”释为“楚”，“楚”释为“荆”，“荆”“楚” 二字互训。湖北在古代有许多荆棘与楚木，故被称为特定的地名——荆楚。《诗经·商颂·殷武》记载:“维女荆楚，居国南乡。”这说明3000年前就已经把湖北这块地面称为荆楚。湖北一直有荆山，盘亘在省境西北部，呈北西—南东走向。因古代的荆山上长满了荆条(灌木)，故名。荆山的主峰聚龙山，海拔1852米，在保康县境内。荆山之下有沮水，俗称荆山沮水。荆山沮水孕育了早期的湖北文化。
古代，湖北盛产一种水生动物——扬子鳄，故先民称湖北为鄂。“鄂” 字是由“鳄”字演变而来，“鄂”的古字是“噩”，像个捕兽器，木枝之间夹住了张口之兽。“阝”旁与土墩有关，土墩即阜，至今在湖北的河湖旁边还有许多阜。在今鄂州的西山有很大的捕鳄土墩，所以，那一带长期被称为鄂州。现在的武昌，在宋代曾经被称为鄂州。现在的鄂州，古代曾经称为武昌。两地都用过武昌、鄂州之名。在随枣走廊，曾经发现了鄂国的器物。唐代，鄂岳观察使的治所在鄂州(今武汉市武昌区)。鄂岳观察使管理6个州:鄂州、沔州、安州、黄州、蕲州、岳州，有25个县。其范围是一个跨数州而类似于省的军、政区域。“鄂”字由地名升格为跨州政区名称，这是湖北省简称“鄂”的先导。
湖北在洞庭湖以北，简称为湖北。洞庭湖在长江以南，与云梦泽有关。《墨子·公输》记载:“荆之地，方五千里；宋之地，方五百里，此犹文轩之与敝舆也。荆有云梦，犀兕麋鹿满之，江汉之鱼鳖鼋鼍为天下富；宋所为无雉兔鲋鱼者也，此犹粱肉之与糠糟也。”
西汉的司马相如在《子虚赋》专门描述了楚国七泽之一的云梦泽。文章写得很美，说云梦泽的资源非常丰富、风景特别美，以至于唐代的李白读了《子虚赋》之后，发愿要到云梦泽看看。春秋时代的云梦泽主体在今江陵以东，江汉之间。南边以荆江为界，后来分割成许多小湖，宋时已无云梦泽。有人认为:云梦泽地跨长江南北，江北为云，江南为梦。今湖北的京山市以南，枝江市以东，蕲春县以西，湖南省北境华容县以北都属云梦泽。
湖北省，得名于宋代。北宋初，始以洞庭为界，分荆湖南路、荆湖北路，荆湖北路，简称湖北路，湖北省省名始于此。北宋太宗雍熙年间(984—987)，荆湖南路、荆湖北路又合二为一，称荆湖路。太宗至道三年(997年)，又一分为二为荆湖南路、荆湖北路。南宋高宗绍兴元年(1131年)，又改为荆湖东路、荆湖西路。第二年，罢东、西路，仍分南、北路。南路治潭州(在今湖南省长沙市)；北路治鄂，不久改治江陵。荆湖北路的范围，自湖以北至于荆山，西包沅澧二水流域之地。因此，有学者认为湖北的历史应当从宋代开始。宋代以前的湖北这块土地不能称为湖北。
元代，今湖北境内大体长江以南大部分地区，包括今鄂西南清江下游长阳土家族自治县以东，属于湖广行省；长江以南清江流域即今恩施土家族苗族自治州属于四川行省。今湖北境内大体长江以北大部分地区属于河南江北行省。其中设在江陵的荆湖北道宣慰司属于河南江北行省。
明代，湖广布政使司简称楚省。明初改从元代承袭而来的“湖广行中书省”为“湖广承宣布政使司”(俗称湖广省)，并对其过大的辖区进行调整。
明神宗万历年间，以洞庭湖为界划分“洞庭以北”和“洞庭以南”两个学政区，并分别在省会武昌和长沙府分立“学道”官署。凡此，均为清代湖北、湖南两省区的划分奠定了基础。
清代，湖广布政使司(省)分立为左、右二布政使司(省)。由于两湖共置一个总督，故湖北与湖南仍然共称为“楚省”。康熙三年(1664年)春三月，湖北、湖南二省剥离。《清实录》记载:“康熙三年甲辰春……三月……甲戌……以湖广武昌、汉阳、黄州、安陆、德安、荆州、襄阳、郧阳八府，归湖广巡抚管辖。以长沙、衡州、永州、宝庆、辰州、常德、岳州七府，郴、靖二州，归偏沅巡抚管辖。”
本书所述湖北历史，指今湖北版图上的历史。研究的范围包括今天湖北行政区划的范围。值得说明的是，湖北古代的版图与今天的版图略有差异。如原属四川夔州府的建始县是清乾隆元年(1736年)划入湖北的，原属安徽安庆的英山县是1932年划入湖北的。这些地区也应当置于湖北科学技术史的研究范围。
