中国古代艺术中蕴含着丰富的科技内涵,山西是中国古代壁画存世最多、年代覆盖最齐全的省区,是发掘中国古代科技与文化的一座天然宝库。本文选取山西明代寺观壁画中的农用器具,从犁耕工具、播种机械、清选工具到场上原始风能工具、粮食加工机械等,并拓展至与传统农业生产密切相关的农业灾害、计量工具及医学祛病、观象授时与天学宇宙观,结合艺术学、历史学、社会学、物理学、医学、天文学等多学科,力图有机综合地挖掘、提炼其中所蕴含的丰富深刻的科技及文化信息,并与(考古、传世的)实物资料、文献资料(包括文化人类学意义上的当今口述科技史资料)以及模拟复原实验成果等相互印证,补充、完善和还原中国科技史的某些方面。本文“绪论”对选题的意义和依据、国内外研究动态以及所采取的研究方案、研究方法、创新之处进行介绍;此后是核心内容,包括六大方面:第一章研究农业耕种机械,以新绛稷益庙和太原王家庄六郎庙为案例,通过田野考察对其所蕴含的艺术与科技特征进行综述,尤其是作为祭祀为主的壁画背景与地域农业灾害史的密切交融性是其本质表征。对稷益庙中的“献祭”图像进行了放大式描写,结合东西壁内容,确定了西壁中以“蝗灾”、“虫害”和“鸟害”为生物自然灾害的主体隐形表达。通过具体的壁画图像透析深藏其中的农业工具,撷取其中两幅最为典型的耕种工具图“耒耜图”和“耕牛图”进行深入分析,剖析了耕种机械中“二牛抬杠”和“上曲辕犁”的结构进化与力学原理;第二章以收割工具及场上作业工具为研究内容,首先是对收割工具进行分析,对壁画中收割工具的样式与形制予以解读定性。其次对场上作业中原始风能工具进行归纳分类,确定以杈、帚、簸、箕、飏篮等为主的工具单元特性。并对“磟碡图”中的工作原理与北方地域中的功能应用进行阐明。最为主要的是对机械风能清选工具风扇车(扇车)的多维辨析,结合农书古籍中对风扇车图像记载,并对风扇车的箱体结构、进风系统、驱动原理进行纵向比较,印证了“六郎庙”扇车作为明代壁画中圆筒形卧式风扇车的图像孤证;第三章考证粮食加工机械,对踏碓和石磨的结构与力学关系进行诠释;尤其是踏碓大量的存在山西地区,证明了早期以黍类为主食的食物加工工具的区域形式特征,最终聚焦到踏碓的人机工程应用,从坐式踏碓到站式踏碓,从双栏杆扶手到单栏杆扶手的系统优化,成就了这种杠杆机械在生产中的效能演进。而石磨的大量图像表现同样是代表了粮食精加工和转化的最终环节,壁画中的“二鬼推磨”不仅是对明代成熟型石磨的记录,也是“菽类”食物在山西广泛种植和食用的验证。第四章延伸至与农业关系重大的计量工具,主要是斗的样式形成与古代量具类型变迁,尤其是“王莽嘉量”对后世量具形成的深刻影响,以及壁画中描绘的斗的精确定位。第五章关注与普通民众特别是广大农民生活息息相关的医学祛病内容,从“五瘟神”图像来源推断出“瘟疫”的传播途径与传播源的关系,通过“人畜同身”的浪漫化艺术处理推断出“畜瘟”与“人畜共患”的瘟病来源以及瘟疫对社会构成的恐慌性影响因素。此外,“五瘟”中的人形神祇对古代名家“道医”的艺术折射,探究道教原始医学的发展。发掘出印在壁画中的“夹板固定技术”和虫蛇咬伤的防治技术在明代外科医学的发展;第六章从观象授时升华到中国古代的天学宇宙观。通过对壁画中的“唐密曼荼罗”考证“北水陆仪轨”的图像“根祖”,这一发现突破了中国“唐密曼荼罗”研究长期依赖日本“东秘曼荼罗”,是对中国汉传佛教历史原型的复原。“唐密曼荼罗”呈现的佛教宇宙观与道教“星官”图像代表了我国先民对天学的理解,“三垣”、“四象”、“二十八宿”等列曜表达成为明代天学图像在经历西学东渐之后形成的新的宇宙图景。同时,道教“星官”在明代水陆壁画中的大量“上位”是道教对天文研究不断精深的实践体悟。也验证了李约瑟对道教“中国早期科学观形成说”的理论。“结语”部分则从以上六个方面对山西明代寺观壁画中的科技与文化的内涵、意义和利用进行了提炼,同时对科技史研究甚至现代艺术创作如何借鉴壁画包括其中大量的“宗教”图像进行了自己的思考。本文在方法论上有较重大的创新,认为研究工作首先要通过田野考察采集大量的资料包括图像数据,利用先进的数码后背进行图像复制,经过精确合成并与实物、文献的互证,深入考证潜藏其中的丰富内容。通过对壁画的逐一解码,可以认知苍穹之上的日月星辰,不必担心“窥破天机”。农耕稼穑记录俨然是当时生产、生活场景的真实再现。道医的“五瘟”图像外化与骨伤外科的救治卓尔不群。虽然这些图像没有机械式的精准描摹,“外师造化”后的“应物象形”却是这些丹青巧匠赋予当时社会、科技、文化等留下的完美烙印。从另一种意义上说,本文的研究为本单位科学技术史传统之一的“艺术中的科学”方向提供了又一个典型而不失生动的案例。