学文网在北京房山县周口店车站西北方的二三百米处，有一个馒头式的低平小山，这个地方出产动物化石，由于动物骨骼化石在中药铺里叫做“龙骨”，所以人们就叫这个小山为“龙骨山”。
1927年，一位奥国人师丹斯基发现，在龙骨山搜集的化石中有两颗牙齿，很像人类的牙齿。消息传到北京，立刻引起了重视。中国地质调查所与当时的私立协和医学校协议，由协和医学校出钱，去龙骨山继续挖掘，以求多发现些“人类”的材料。
同年，在龙骨山挖掘动物骨骼的工作正式开始。由一位从瑞典专聘而来的瑞典人步林博士负责；中国方面参加的是李捷，只负责管理工人和地质研究的工作。这一年工作的结果，步林博士发现了一颗人类的牙齿。这颗牙齿由协和医学校解剖系教授加拿大人步达生来研究。他写了一本专门报告，认为周口店龙骨山发现的人类化石，是介乎猿与人中间的一种原始人类，与已发现的任何原始人类都不同，他称之为“中国猿人北京种”。同时又起了一个俗名，叫做“北京人”。然后，步达生带着这颗牙齿，周游世界，与世界各国的人类学家当面研讨。但是反映都不如意。人们觉得，他所依据的材料太少却得出一个远为重要的结论，普遍认为他无知大胆，使他没有得到世界学术界的同情和赞许。
1928年，中国方面由杨钟健代替了李捷，裴文中开始参加，当一名助手。那时裴文中仅24岁，一年前刚从北大地质系毕业。继续挖掘的结果是：春季发现了一个小孩的下牙床，秋季又发现了一个成年人的下牙床，上边有三颗牙齿。然而，到了1928年底，挖掘到一层最坚硬的石层，里面动物骨骼化石非常稀少。许多人都以为这一层坚硬的石层就是原来“北京人”居住的山洞的洞底，下边不会再有什么“北京人”的化石了。大家认为龙骨山的工作已经到了尾声，挖掘工作可以放弃了。
于是到了1929年，挖掘龙骨山的动物骨骼化石就被视为一件无足轻重的事。步林博士参加了斯文赫定的探险队，到西北考察去了；杨钟健另去找寻远古人类的遗址去了，挖掘工作交给了裴文中。出乎意料的是，在艰难困苦中挖完了这一层最坚硬的石层之后，下面露出了较软的土层，而且里面龙骨丰富。裴文中仔细查看后认为，“北京人”居住的范围很大，还值得工作几年，因此，裴文中坚决地主张继续挖掘，反对停止。转眼到了11月底，天气寒冷，已经降过小雪，北京方面来了命令：立即停止挖掘。但是裴文中觉得既然已经发现了几颗牙齿，会不会还有重要的化石没被发现？总不肯死心，于是又坚持了两天。12月2日那天，幸运之神向裴文中微笑了。在开挖地方的北部，露出了一个很深的小洞。裴文中很兴奋，用绳子将腰系住，由几个工人拉住绳子，亲身前往探洞。他看见洞里各种动物的骨骼化石都很多，就让工人再拉他到洞上来。他一边上洞一边用手电筒照洞壁，最后将出洞之际，注意到洞口不远处有一个黑黑的、圆圆的东西。出洞后，裴文中赶忙叫人将洞口又开大了一些，露出了那个黑黑的、圆圆的东西，原来是“北京人”的一个完整的头骨。裴文中高兴得喊出来，这是一个很完整的头骨，露出了一大半，其余尚埋藏在坚硬的沙土中。这时，天色已晚，洞中光线不足，裴文中点上蜡烛挖掘，但还是挖不出来。下工时间已过，裴文中怕夜间在野外放着不安全，决定用铁撬一下子把这个头骨取下来。尽管他知道，这种方法很危险，但时间不允许。果然用铁撬一用力，“北京人”的头骨震碎了。不过，这毕竟是“北京人”的第一个完整头骨，电报打到北京，第二天回电就到了，令裴文中急速将标本带到北京。后来北京的同事告诉裴文中，当北京接到电报时，大家都一致认为，这头骨很可能是近代人的头骨，是从洞口中漏入的。
经过鉴定，“北京人”头骨被发现的消息，传到全世界，引起了学术界的重视。随之，龙骨山的命运就改变了。1930年，在龙骨山扩大了工作范围，主要是将浮土统统加以清理，以看清含有动物骨骼的土石究竟有多大范围。清理浮土中，发现了山顶洞。
开掘山顶洞，也非一帆风顺。有指挥权的步达生，兴趣只在“北京人”上。他始终认为山顶洞内堆积的都是现代动物的骨骼，没有开掘的价值。裴文中力争，他才答应试试看。
挖掘不久，就发现了人类文化遗物——作装饰品用的狐狸牙。这是裴文中手下最得力的一个工人唐亮发现的。当唐亮挖出这颗牙的时候，他说：“一个臭狐狸牙，真讨厌！”当时裴文中正在他身旁，立刻充满希望地对他说：“别瞧不起这个破牙，可能有一个窟窿眼儿。”因为裴文中知道，十几万年前的人很喜欢用这种牙，钻一个孔串起来，戴在身上。唐亮将牙上的土清掉后果然有一个孔。以后连续发现了很多有孔的牙齿、三个完整的人头风化石和许多体骨，还有许多石器和装饰品。由此证明这是旧石器时代晚期的人类。这在中国是第一次被发现。有了这个发现，旧石器时代初、中、晚期的人类在中国发现齐全了，也就是人类发展史的三个阶段都有了代表者：旧石器时代初期的人类，是代表猿人阶段的“北京人”；中期的是“河套人”，是法国神父德日迪所发现和研究的；只有这个晚期的“山顶洞人”是由中国人自己发现的，也由中国人作了研究。
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