要确定方向除了指南针之外，还需要有方位盘相配合。最初使用指南针时，可能没有固定的方位盘，但随着测方位的需要，出现了磁针和方位盘一体的罗盘。罗盘有堪舆用的罗经盘和水罗盘、旱罗盘。方位盘仍是二十四向，但是盘式已经由方形演变成圆形。这样一来只要看一看磁针在方位盘上的位置，就能断定出方位来。
现在人们已经知道，地球的两个磁极和地理的南北极只是接近，并不重合。磁针指向的是地球磁极而不是地理的南北极，这样磁针指的就不是正南、正北方向而是略有偏差，这个角度就叫磁偏角。又因为地球近似球形，所以磁针指向磁极时必向下倾斜，和水平方向有一个夹角，这个夹角称为磁倾角。不同地点的磁偏角和磁倾角都不相同。成书于北宋的《武经总要》在谈到用地磁法制造指南针时，就注意利用了磁倾角。沈括在《梦溪笔谈》中谈到指南针不全指南，常微偏东，指出了磁偏角的存在。磁偏角和磁倾角的发现使指南针的指向更加准确。
指南针一经发明很快就被应用到军事、生产、日常生活、地形测量等方面，特别是航海上。指南针在航海上的应用有一个逐渐发展的过程。成书年代略晚于《梦溪笔谈》的《萍洲可谈》中记有：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针。”这是世界航海史上最早使用指南针的记载。文中指出，当时只在日月星辰见不到的时候才使用指南针，可见指南针刚开始用于航海时，使用还不熟练。二十几年后，许兢（ｊīｎɡ）的《宣和奉使高丽图经》也有类似的记载：“惟视星斗前迈，若晦冥则用指南浮针，以揆南北。”到了元代，指南针一跃而成海上指航的最重要的仪器了，不论昼夜晴阴都用指南针导航。而且还编制出使用罗盘导航，在不同航行地点指南针针位的连线图，叫做“针路”。船行到某处，采用何针位方向，一路航线都一一标识明白，作为航行的依据。
有了指南针，海船从此有了眼睛，人们在海上航行，再也不怕迷火方向，航海事业就更加发达了，这当然促进了各国之间的经济贸易和文化交流。有了指南针，人们在航行中慢慢地摸出条条航路。元明两代，我国很多记载着到海外各国去的航路。这些航路，因为是依靠指南针得来的，所以当时称为“针路”。
早在北宋时候，我国的海船就往来在南海上和印度洋上。我国的海船一直开到阿拉伯，和阿拉伯人做生意，阿拉伯人到我国来的也很多，而且大多是乘中国船来的。他们看到中国船都用指南针，也学会了制造指南针的方法，把这个方法传到了欧洲。到了十二世纪末、十三世纪初，阿拉伯和欧洲的一些国家，也开始用指南针来航海。
指南针传到欧洲以后，对于欧洲航海事业的发展也起了很大的作用。十五世纪末到十六世纪初，欧洲各国航海家开辟了新航路，发现了美洲大陆，完成了环绕地球的航行，他们用来辨别方向的法定就是指南针。
31、 宋代的科学奇葩——火药在军事上的应用
火药是我国古代四大发明之一。因为是用硝石、硫黄和木炭这三种物质混合制成的，而当时人们都把这三种东西作为治病的药物，所以取名“火药”，意思是“着火的药”。它的发明纯属偶然。
秦汉以后，炼丹家用硫黄、硝石等物炼丹，从偶然发生爆炸的现象中得到启示，再经过多次实践，找到了火药的配方。三国时有个聪明的技师马钧，用纸包火药的方法做出了娱乐用的“爆仗”，开创了火药应用的先河。
火药发明之前，火攻是军事家常用的一种进攻手段。那时在火攻中，用了一种叫做火箭的武器，它是在箭头上绑一些像油脂、松香、硫黄之类的易燃物质，点燃后用弓射出去，用以烧毁敌人的阵地。火药发明之前，攻城守城常用一种抛石机抛掷石头和油脂火球，来消灭敌人。据宋代路振的《九国志》记载，唐哀帝时（10世纪），郑王番率军攻打豫章（今江西南昌），“发机飞火”，烧毁该城的龙沙门。这可能是有关用火药攻城的最早记载。火药在军事上的应用，极大地推动了火药武器的研制与发展。
两宋时期火药武器发展很快。据《宋史·兵记》记载：公元970年兵部令史冯继升改火箭法，这种方法是在箭杆前绑上缚火药筒，点燃后利用火药燃烧向后喷出的气体的反作用力把箭镞射出，这是世界上最早的喷射火器。公元1000年，士兵出身的神卫队长唐福向宋朝廷献出了他制作的火箭、火球、火蒺藜等火器。1002年，冀州团练使石普也制成了火箭、火球等火器，并做了表演。
火药兵器在战场上的出现，预示着军事史上将从使用冷兵器阶段向使用火器阶段过渡。火药应用于武器的最初形式，主要是利用火药的燃烧性能。《武经总要》中记录的早期火药兵器，还没有脱离传统火攻中纵火兵器的范畴。但随着火药和火药武器的发展，逐步过渡到了利用火药的爆炸性能。
火枪杆子火箭多发火箭突火枪火铳（ｃｈòｎɡ）火器的发展有赖于火药的研究和生产。1044年曾公亮主编的《武经总要》中记录了三个火药配方。唐代火药硫、硝的含量相同，是1比1；宋代为1比2，甚至接近1比3。这已与后世黑火药中硝占四分之三的配方相近。火药中加入少量辅助性配料，是为了达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕等效果。火药是在制造和使用过程中不断改进和发展的。
宋代由于战争不断，对火器的需求日益增加，宋神宗时设置了军器监，统管全国的军器制造。军器监雇佣工人四万多人，监下分十大作坊，生产火药和火药武器各为一个作坊，并占有很重要的地位。史书上记载了当时的生产规模：“同日出弩火药箭七千支，弓火药箭一万支，蒺藜炮三千支，皮火炮二万支。”
南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火枪。火枪是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火枪二十余条”。公元1259年，寿春地区有人制成了突火枪，突火枪是用粗竹筒作的，这种管状火器与火枪不同的是，火枪只能喷射火焰烧人，而突火枪内装有“子巢”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子巢”射出去，“子巢”就是原始的子弹。突火枪开创了管状火器发射弹丸的先河，现代枪炮就是由管状火器逐步发展起来的。所以管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃。《永乐大典》所引的《行军须知》一书中提到，在宋代守城时曾用过火筒，用以杀伤登上城头的敌人。到了元明之际，这种用竹筒制造的原始管状火器改用铜或铁，铸成大炮，称为“火铳”。
明代在作战火器方面，发明了多种“多发火箭”，如同时发射10支箭的“火弩流星箭”；发射32支箭的“一窝蜂”；最多可发射100支箭的“百虎齐奔箭”等。明燕王朱棣（即后来的明成祖）与建文帝战于白沟河时，就曾使用了“一窝蜂”。这是世界上最早的多发齐射火箭，堪称是现代多管火箭炮的鼻祖。尤其值得注意的是，当时水战中使用的一种叫“火龙出水”的火器。据《武备志》记载，这种火器可在距离水面三、四尺的高处飞行，远达两三里。这种火箭用竹木制成，在龙形的外壳上缚四支大“起火”，腹内藏数支小火箭，大“起火”点燃后推动箭体飞行，“如火龙出于水面”。火药燃尽后点燃腹内小火箭，从龙口射出，击中目标可使敌方“人船俱焚”。这是世界上最早的二级火箭。另外，该书还记载了“神火飞鸦”等具有一定爆炸和燃烧性能的雏形飞弹。“神火飞鸦”是用细竹篾绵纸扎糊成乌鸦形，内装火药，由四支火箭推进，它是世界上最早的多火药筒并联火箭，它与今天的大型捆绑式运载火箭的工作原理很相近。
火箭的发展，使人产生了利用火箭的推力飞上天空的愿望。根据史书的记载：14世纪末，明朝的一位勇敢者万户坐在装有47个当时最大的火箭的椅子上，双手各持一个大风筝，试图借助火箭的推力和风筝的升力实现飞行的梦想。尽管这是一次失败的尝试，但万户被誉为利用火箭飞行的第一人。为了纪念万户，月球上的一个环形山以万户的名字命名。
早在八九世纪时，和医药、炼丹术的知识一起，硝也由中国传到阿拉伯。当时的阿拉伯人称它又为“中国雪”，而波斯人称它为“中国盐”。他们仅知道用硝来治病、冶金和做玻璃。13世纪时，火药是由商人经印度传入阿拉伯国家的。希腊人通过翻译阿拉伯人的书籍才知道火药。火药武器是通过战争传到阿拉伯国家的。成吉思汗西征，蒙古军队使用了火药兵器。公元1260年元世祖的军队在与叙利亚作战中被击溃，阿拉伯人缴获了火箭、毒火罐、火炮、震天雷等火药武器，从而掌握火药武器的制造和使用。阿拉伯人与欧洲的—些国家进行了长期的战争，战争中阿拉伯人使用了火药兵器，例如阿拉伯人进攻西班牙的八沙城时就使川过火药兵器。在与阿拉伯国家的战争中，欧洲人逐步掌握了制造火药和火药兵器的技术。
火药和火药武器传入欧洲，“不仅对作战方法本身，而且对统治和奴役的政治关系起了变革的作用”。“以前一直攻不破的贵族城堡的石墙抵不住市民的大炮，市民的子弹射穿了骑士的盔甲。贵族的统治跟身穿铠甲的贵族骑兵同归于尽了。随着资本主义的发展，新的精锐的火炮在欧洲的工厂中制造出来，装备着威力强人的舰队，扬帆出航，去征服新的殖民地……”
中国的火药推进了世界历史的进程。
32、宋代的科学奇葩——活字印刷术的发明
书籍、纸张、印刷术，是三位一体的珍宝，对发展和积累人类文明成果，传播科学文化知识及促进各国各民族的友谊，功劳极其巨大。印刷术是一个复杂而漫长的话题。我们所说的印刷术，是指流传到世界各地的雕版印刷和活字印刷两项技术，后者是毕（？—约1051年）在总结前人经验的基础上发明的。
雕版印刷术大约发明在隋唐之际，是由早在春秋战国时期就已经发明的印章和拓石两种方式发展而成的。纸张的发明，墨的发明，对探索和完善雕版印刷术起到了促进作用。雕版印刷术的方法是：工匠先把糨糊或胶质涂在木版上，然后把写有文字的半透明稿纸贴在木版上，字就成了反体，刻工把字刻在木版上，让字凸现出来，版面上涂上墨，覆上纸，用特制的刷子轻轻一刷，文字就印在木版上了。中国最早的雕版印刷品是唐代懿宗咸通九年（868年）的《金刚经》。五代时期，政府的文化机构大规模刻印古代文化典籍，民间刻印也十分流行。宋代刻印的另一部佛教经典《大藏经》，雕版达13万块之多。但是这种雕版印刷还是太繁难了，一部书往往要花费几年工夫，雕好的版片也要好多的屋子存放。雕版印刷术首先传播到朝鲜和日本，日本至今还保存有公元770年雕版印刷的《陀罗尼经》。雕版印刷术还于12世纪传到埃及，14世纪传到了欧洲。
宋代的毕生活在雕版印刷的全盛时代，但是他不满足于这种极其繁杂的印刷技艺，通过长期的实践和艰辛的探索，终于成功发明了活字印刷这种既经济实用又节时省力的印刷方法。直到20世纪才盛行的铅字排版印刷术和毕当年的发明原理是完全一致的。沈括在《梦溪笔谈》卷十八中，简略可靠地记述了毕—的具体印刷方法。他的方法主要分三大步骤：一是刻字，把活字先在胶泥上刻出凹型反字，用火烧硬，成为单个的胶泥活字，按韵部分类放在特制的木盘里备用；二是做版，把活字按照稿本密密排在一块围有铁框的铁板上，铁板上预先敷上一层松香、蜡、纸灰混合的蜡脂，拿到火上一烤，蜡脂融化，活字就印进蜡脂，再用一块铁板压平，把那些活字取下，就得到了一块蜡脂的正字印刷版；三是印刷，为了提高效率，在用这块蜡脂版印刷的同时，另一块铁板上的排字就开始了，两块版交替使用，印刷速度很快。他的活字木盘里的字也根据常用字和生僻字分别刻制出不同数量，以备排字做版之用。沈括兴奋地写道：“若印数十百千本，则极为神速。”
毕之后，后人继承他的创造，又发明了木活字。元代著名农学家王祯在其专著《农书》中就详细记述了他自己的创造。王祯还发明了极其有效的自由旋转的活字轮盘，一个人可以坐在两个轮盘之间，自由而顺利地摘取任何一个活字排入版中。王祯做过一次试验，一部六万多字的《旌德县志》，不到一个月的工夫，就印制了100部，这在当时，是非常了不起的成就！王祯之后，木版活字印刷一直在中国非常流行，明清两代更加盛行。乾隆三十八年（1773年），清政府曾经用枣木刻成25万多个大小活字，先后印成《武英殿聚珍版丛书》138种，共2300多卷，这是中国历史上规模最大的一次木版活字印书。木版活字印刷之后，印刷研究者又相继发明了金属活字，明代弘治元年（1488年）出现了铜活字，16世纪初，又出现了铅活字。我国的木活字技术大约14世纪传入朝鲜、日本。朝鲜人民在木活字的基础上创制了铜活字。
我国的活字印刷技术还由新疆经波斯、埃及传入欧洲。1450年前后，德国的谷腾堡受中国活字印刷的影响，用合金制成了字母文字的活字，用来印刷书籍。
王祯设计的活字排版轮盘印刷技术传到欧洲，加速了欧洲社会发展的进程，它为文艺复兴的出现提供了条件。马克思把印刷术、火药、指南针的发明称为“是资产阶级发展的必要前提”。
