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明外长城属宣府、大同镇辖，西起北京延庆县四海冶与内长城分岔，经河北张家口、山西大同，入内蒙古兴河，西抵黄河，全长650余公里。自明正统十四年至嘉靖二十六年（1449…1547年），近百年间多次修筑宣、大边墙。
明中叶长城建筑结构大为改进，在宣、大边墙修筑时尤为显著。其一是在城墙上筑实心敌台，城垣下置暗门；其二是在长城内外遍设戍堡，构成城墙、敌台、关隘、堡障、烽堠相连一体的纵深防御工程。今宣大长城砖墙多毁，夯土城墙尚存完整。
明内长城与外长城分岔后，经居庸关西南，行至河北紫荆关、倒马关，进入山西平型关、雁门关、宁武关，西抵偏关丫角山复与外长城相衔，全长1025公里。主要部分隶属山西镇治的内长城，自明成化二年至嘉靖二十三年（1466—1544年），增修为数重长城，构成防卫甚严的一至四边。嘉靖（1522—1566年）年间，增修自紫荆关以南沿太行山麓而下经娘子关、马岭关、黄榆关、峻极关，抵黄泽关的一道内长城。系土石混筑，沿线设关城、敌台。今河北、山西交界的内三关城始完备。外三关之一的雁门关敌楼遗址，券门上今仍清晰可辨明代垂花门罩砖雕，其雕刻艺术精美富丽，是明长城建筑艺术众多瑰宝中的一枝奇葩。
明后期（1567—1620年），自山海关至嘉峪关，长城主要工程是对城墙加以重建或改线。大部分采用砖墙、石墙、夯土墙。蓟镇长城则全部用条石作基础，至1米高处上砌青砖，中填碎石土，两侧墙身白灰勾缝。城墙呈梯形上小下大。墙顶为“十人同行，五马并骑”之制；内砌女儿墙和垛口，用以了望和射击；并开券门供通行，筑排水沟和吐水石槽，以保护墙身免受侵蚀。骑墙上修建大量空心敌台，以加强防御功能。这也是长城建筑史上最具特色、最为完备的一个阶段。
明万历（1573—1619年）年间，山西、大同、宣府镇的长城、关城、敌台、屯堡，相继易以包砖。
蓟镇长城在谭纶、戚继光主持下增筑砖石空心敌台3000座。据《明史·戚继光传》所载：“台高五丈，虚中为三层，台宿百人，铠仗糗粮具备。令戍卒画地受工，先建千二百座。”至隆庆五年（1571年），蓟镇边墙砌筑砖石和空心敌台工程完工，自居庸关至山海关“精坚雄壮，二千里声势联接”，组成一道坚固的军事防线。
又据戚继光《练兵实记·杂集》记载：“今建空心敌台，尽将通人马处堵塞。……两台相应，左右相救，骑墙而立。造台法：下筑基与边墙平，外出一丈四五尺有余；内出五尺有余。中间空豁，四面箭窗，上建楼橹，环以垛口。内卫战卒，下发火炮，外击敌人。敌矢不能及，敌骑不敢近。”戚继光还创造了马、步、车相结合的攻防战术，“节制精明，器械犀利”，“边备修饬，蓟门宴然。继之者，踵其成法，数十年得无边事”（《明史·戚继光传》）。
二、明长城的九镇
明代实行“兵卫所制”，为了有效地对长城全线进行防务管理和修筑，“初设辽东、宣府、大同、延绥四镇，继设宁夏、甘肃、蓟州三镇，而太原总兵治偏头，三边制府驻固原，亦称二镇，是为九边”（《明史·兵志》）。每镇设总兵官统辖，亦使“九边联络，建师屯田”。
明长城的九镇中在燕赵地域的有五镇：
（一）辽东镇
永乐七年（1409年）置，镇初治广宁卫（今辽宁北镇），后移治东宁卫（今辽宁辽阳市），是九镇最东的一镇。“辽东全镇延袤千余里，北拒诸胡，南扼朝鲜，东控福余真番之境，实为神京左臂”（《九边图说·辽东》）。管辖长城西起山海关北吾名口，东至今辽宁丹东鸭绿江畔江沿台，总长975公里。鸦鹘关、抚顺关、广顺关、镇北关为其著名关隘。辽东边墙“高墙垣，深沟堑，五里为堡，十里为屯，烽燧斥堠，珠连璧贯”（《皇明从信录》）。其建筑结构形式多样为明长城之最，计有土墙、石墙、石垛墙、柞木栅、木板墙、劈山墙、山险墙等7种形式，均因地而制宜。
（二）蓟 镇
嘉靖二十七年（1548年）置，镇治三屯营（今河北迁西三营屯镇），是九镇战略位置最重要的一镇。“东起山海关，西至大水谷，抵昌镇慕田峪界，边一千余里，分十二路辖以三协”（《长安客话》），为京都左辅。管辖长城东起山海关长城入海口老龙头，西抵居庸关灰岭口，南至黄榆关（今河北邢台市西北太行山岭），全长1500多公里。嘉靖三十年（1552年）为加强对皇陵和京师的防卫，又析宣蓟二镇，增置昌镇和真保镇，归蓟镇管辖。著名的雄关隘口包括山海关、居庸关、黄崖关、紫荆关、倒马关、龙泉关、固关、古北口、喜峰口。现存八达岭、金山岭、慕田峪、山海关长城，建筑结构以砖石为主，形式独特，造型精湛，是明长城精华荟萃之处。
（三）宣府镇
永乐七年（1409年）置，镇治宣府卫（今河北宣化），是兵家必争之边陲重镇。“南屏京师，后控沙漠，左扼居庸之险，右拥云中之固”（《读史方舆纪要》）。管辖长城东起慕田峪渤海所和四海冶所分界处，西达西阳河（今河北怀安县境）与大同镇接界处，总长558公里。宣府镇分六路防守，有卫城15座，重要的关口有张家口、独石口、新河口、马市口等，为明代汉蒙互市的关市、马市和民市等重要贸易交流地区。据明万历《宣府镇志》记载，张家口一带“南京的罗缎铺、苏杭绸缎铺、潞州绸铺、泽州帕铺、临清的布帛铺、绒线铺、杂货铺，各行交易，铺沿长四五里许”。
（四）大同镇
永乐七年（1409年）置，镇治大同府（今山西大同市），为边塞军事重镇。“东连上谷，南达并恒，西界黄河，北控沙漠，居边隅之要塞，归京师之藩屏”（《读史方舆纪要》）。管辖长城东起天成卫（今山西天镇）平远堡界，西至丫角山（今内蒙古清水河县口子上村东山）与山西镇接界，总长335公里。大同镇自西而东分八路管辖，边境贸易特别是马市十分活跃。据宣府、大同、山西三镇“月市”记载，万历十年（1582年），三镇每月易马5万匹以上。
（五）山西镇（亦称太原镇）
镇初治偏头关（今山西偏关县），后移治宁武所（今山西宁武县），是畿辅京师的重镇。“偏关、宁武、雁门，自西迤东三关并列，西尽黄河东岸，东抵大同”（《九边图考》）。管辖长城西起河曲（今山西河曲旧县城）东岸，经偏关、老营堡、宁武关、雁门关、平型关，至河北阜平县的龙泉关，南行至山西和顺县东太行山脉黄榆岭与蓟镇长城重合。山西镇长城为内长城，城墙多重，有的地方石墙多达20余重。偏头、宁武、雁门为著名的外三关，有“天下第九关”之称的娘子关和平型关亦为名关险塞。山西镇长城遗迹经修复，今尚连贯，雁门关外白草口至新广武一段是其精华之处。
随着火器的兴起和广泛运用，冷兵器被逐渐取代，城防战略战术也随之发生根本性转变。有清一代虽然在某些地段修筑过长城，但从整体上讲长城已成为历史的遗迹而保存了。清康熙时，下令停止修建长城。康熙至东海巡视时，写下了著名的《长城》一诗：“万里经营到海涯，纷纷调发逐浮夸。当时费尽生民力，天下何曾属尔家。”抒发了他效法儒家“治国在德不在险”的政治主张。有明一代，也就成为2000多年长城史上，最后一个修筑长城的封建王朝。
雄关存旧迹，形胜壮山河。长城在中国古代社会政治、经济、军事、文化等各个方面所产生的积极效应，熔铸成为中华民族艰苦勤奋、聪明智慧、坚韧刚毅、开拓进取的精神象征。作为凝聚中华民族的历史丰碑，长城将万古长存！
第五章 自然科学与工艺技术
燕赵自然科学与工艺技术萌芽于原始社会，在战国时期，已初具规模。魏晋十六国北朝时，燕赵成为北方政治、经济、文化中心，自然科学与工艺技术发展较快。唐宋金元时期，燕赵自然科学与工艺技术进入全面迅速发展时期，享誉世界的科学家、科研成果不断涌现，工艺技术精品层出不穷。明清时期，中国封建社会进入晚期，燕赵自然科学与工艺技术缓慢发展。
燕赵古代自然科学与工艺技术的发展成就，充分体现了燕赵文化的历史地位及其特色。
燕赵文化在中华文化中占有重要地位，燕赵的自然科学与工艺技术在中国科技史上也写下了光辉的一页。中国古代享誉世界的八大科学家，燕赵独占其三。燕赵天文学、医学上的成就，在全国首屈一指。
燕赵平原广阔，农业成为燕赵文化的重要经济基础。燕赵自然科学与工艺技术的成就，多与农业有关。天文、历法与数学，自其诞生之日便为农业提供直接服务。冶金所造铁农具，为农业发展开辟道路。农田改造与水利技术，成为农业科技的重要内容。发达的农桑业又为丝织技术的发展奠定了基础。
燕赵自古便为四战之地，连年战争刺激了燕赵冶铸技术的发展。青铜兵器、铁兵器铸造颇为发达。残酷的战争造成巨大伤亡，战后往往瘟疫流行，辽金元时期燕赵医学的飞速发展，便与连年战争有关。
燕赵活跃着众多的少数民族，是民族融合之地，民族特点成为燕赵工艺技术的一大特色。鄂尔多斯式青铜兵器、辽镔铁、金银器、瓷器、元“纳失失”锦，都是颇具民族特色工艺的当世珍品。它们的工艺技术成为燕赵工艺技术史上颇具特色的重要部分。
第一节 天文、历法与数学
在天文观测与历法创制史上，燕赵儿女作出了杰出贡献。北周时期，中山毋极（今河北无极县）人甄鸾所作《天和历》，在天和元年（566年）颁行北周；东魏河间信都芳所编《灵宪历》，推算出月有大频、小频，食必以朔；隋信都（今河北冀州市）人刘焯作《皇极历》，首次考虑到太阳视运动的不均匀性，创立三次内插法以计算日月视运动速度。在众多科研成果中，祖冲之、僧一行、郭守敬对天文观测所作贡献和他们先后所创《大明历》、《大衍历》、《授时历》，在中外天文历法史上享有盛誉。
天文历法与数学关系密切，天文观测与历法创制需要复杂的数学推算，天文历法的进步刺激数学的发展，发达的数学为天文观测与历法推算的精确提供保证。祖冲之父子的数学成就领先世界，其所制《大明历》也以推算精确著称。僧一行、郭守敬为提高天文历法推算精确度所创立的不等距二次内插法、招差术、弧矢割圆术，成为数学史上的重大发明。
一、祖冲之父子的数学、历法成就
祖冲之、祖暅之父子，祖籍范阳县（今河北涞水县）。祖冲之的祖父祖召、父亲祖溯之，颇通数学。祖冲之、祖暅之继其遗业，在数学、历法上创出辉煌成就，成为南北朝时期的著名科学家。
祖冲之生于宋元嘉六年（429年），卒于齐永元二年（500年），他推算的圆周率，被后人称为“祖率”。他应用刘徽的割圆术，在此基础上继续推算，求出了精确到第七位有效数字的圆周率：3。1415926