自腊月初十，沈方正式拜张天端为师起，沈方便随张天端一家住进沈府东院的一进小院，只在每日吃饭时才能与母亲柳氏见面，柳氏虽有不舍，但也知道这是习武人的规矩。
因沈方年幼，骨骼肌肉还在发育，不适合进行体格、肌肉的锤炼，张天端便教以《太上老君养生功》，此功法流传上千年，一直被誉为道门的基础和正宗。名字听起来很吓人，其实只是基本的呼吸吐纳功夫，相传是由老子及其弟子尹喜嫡系流传下来。全本的《太上老君养生功》有大量关于天人感应，阴阳八卦的原理阐述，通篇引用道德经中章句，却以修练功法来印证。可惜年代过于久远，到天师道张道陵那个年代已经变成口耳相传，不立文字，讲究师徒传承，只保留了历代高人不断萃取后的精华。
张天端自幼练习《太上老君养生功》，深知此功法奥妙无穷，但也无意拔苗助长，只是将最基础的功法传给沈方。每日敲五更鼓，沈方和张天端的女儿张茹便被唤起，收拾停当后，张天端、夫人付惠娘、沈方、张茹便结双跏趺坐直至辰时。
练功的头一刻先观想呼吸停住的细微差别，次一刻吟诵简化后的口诀，待心思和气息都平稳下来后，便意守丹田，不再有任何念头。这里的意守丹田，并不是用意念来想象肚子里面有一座能量宝库，而是似想而非想，若即若离，“守”着丹田，不被任何幻象干扰。
对于普通人，做到心无杂念很难，就是自幼练功的张天端、付蕙娘，也难免心猿意马，久久才能入定。张菇年幼，没有那么多心思，但坐了两刻后便忍不住活动起来。而沈方，本身就是喜静不喜动的痴儿，平时就常常呆立，遇到这种发挥他特长的功法，居然进步神速，只不过七八日，沈方便可以一坐到辰时，他的气质也在以肉眼可见的速度一天天变化着。
张天端夫妇看在眼里，喜在心里，传授起来更是毫不藏私，每日辰正初刻，由付蕙娘教授轻身功夫，院子中立着十二根两尺高的梅花桩，根据付蕙娘传授的呼吸窍诀，沈方和张茹在梅花桩里窜上跳下玩得不亦乐乎。巳初初刻，由张天端教授龙虎长拳，此拳术源自三国时期华陀的五禽戏，并结合了实战中的格斗，摔跤，擒拿技巧，力量不大，却可将每个关节的作用发挥到极致，对沈方而言是活动筋骨，增强呼吸的最佳方法。巳正初刻，沈方便用为他量身订作的两斗弓练习射箭。此时的两斗大约相当于后世三十斤的拉力，沈方最近两年常常随着沈括、王寿光做木工活儿，倒是有一点力气，刚好可以拉满。为了练习持弓的稳定性，张天端让沈方将弓拉满，然后在箭头处悬挂了一点负重，负重虽然只有几两，但维持满弓很是费力，胳膊和身子不停地抖动，他根本就不知道什么是辛苦，也从来不会偷懒埋怨，只在实在忍不住的时候才放下弓箭，蹲在地上喘着粗气。
午时过后，便属于沈方的休息时间，和柳氏一起吃过午饭，便带着张茹去木工房做手工玩。这个时代一般家户都是吃早晚两顿饭，但由于沈方练武，体力消耗大，沈府主家便像张天端一家一样，增加了午饭，管事下人们自然没有这个优待，只是能偶尔吃个零嘴。
店铺查封的事情告一段落，各店铺重新开张，生意更胜从前，沈括不再关注生意上的事儿，全权委托给沈四，每日下午，如没有访客，沈括便来到木工房设计制作万圣山用的水力车机。
父子两人各自做自己的木工活儿，倒也没有防碍，偶尔沈括会给沈方指点一下，说起来是指点，倒不如说是学习，沈括会问沈方为什么会用这种榫卯结构？沈方便乖乖地回答。
那时的木匠用铁器固定得很少，多是用榫卯来进行连接，沈括就熟知其中二十多种榫卯结构，象“槽口榫”、“企口榫”、“燕尾榫”等等。
沈方只是见沈括做了几次榫卯，便牢牢地记住，并灵活地应用到他做的玩具上。榫卯的本质是将一个面的作用力转换为另一个作用面上，比如，在封闭一个箱子时，上下面板各凿一个梯型，上面的梯形下边短，下面的梯形上边短，然后做一个贴合的榫卯钉上，箱子打开的力便会转移到榫卯的横向力上面，只要榫卯不损坏，箱子根本分不开。而钉子就不同了，钉子是靠钉子与木材之间的摩擦力连接，有足够的力量横向摆动时，钉子就容易松落，直到发展到工业时代的螺丝钉才有所改善。直到今天，精巧的榫卯结构仍然是最坚固的连接方式。
衡量一个优秀木工的标准就是对材料、工具和榫卯的应用，沈括有选材和工具力度方面的经验，但是沈方在榫卯的应用上面却更加具有天份。各种方形，曲形，梯形的榫卯将不同的木材组装成为一个整体。
这一日沈括在木工房做万圣山的水力车机模型，而沈方则在旁边用他专用的锯子、刨子，模仿沈括所做的水力车机，做了一个缩小版的水力车机。起初沈括还没有觉察有异，在休息时他一边和沈方聊天，一边随意翻看儿子做的手艺，这个缩小版的水力车机多了两个齿轮。
沈括奇道，“方儿，这两个齿轮做什么用？”
“爹爹，如果没有水了，可以用脚来蹬这个齿轮上的踏板，便和秦家圩那里，百姓用来浇水的水车一般。两个齿轮之间用皮带连接，可以省点力气。”
沈括摸着沈方的头笑道，“方儿，真聪明，有这个确实能让农民省些力气，但是方儿你想过没有，若是用水力来驱动，不是更加省事了？”
“京城的河里已经结冰了，没有水。”沈方眼睛一红，大声道。
沈括劝慰了沈方几句，突然灵光一闪，以前用水力车机把水流的力量转化为旋转力，然后连接各种齿轮、连接杆和杠杆，使这个转力可以转化为钻、磨、砸，可以节省大量的人力和畜力。但若是在没有水力的情况下，一样可以将人力和畜力转化为旋转力，然后便于水力车机相同，连接各种齿轮、连接杆和杠杆，使这个转力可以转化为钻力、磨力、砸力。想到这里，沈方高兴地笑道，“方儿，你是对的，没有水的时候，用这个方法更好一点。你能用这个脚踩动的车机，做出各种机床吗？”
沈方高声说道，“能！孩儿可以。”
然后沈括便亲眼观摩了沈方的木工手艺，沈方找了一根结实的皮带，将两个大小不同的齿轮连接起来，然后在小齿轮的轴心固定了一个铁棒，当沈方踩动踏板蹬着齿轮转动时，中间的铁棒便飞快地转动起来。
沈括不解地看着沈方，“方儿，这个机器能做什么？”
“爹爹，要是能把这个铁棒换成凿子，便能很容易地在木头之上钻一个眼。”
沈括恍然大悟，当然如果让他来制作，肯定不会简简单单把凿子安装上去，而会做成可以旋转切割的钻头。同时既然可以钻眼，当然可以把切刀固定到外围来打磨圆柱，用这种方法制作的圆柱、将会比用刨子、凿子做得更加精细，也更加方便，不用担心毁坏材料。
有了思路，沈括便来了兴致，他安排工匠一起上手，用了两天的时间便把人力钻孔机和打磨机生产出来。他安排家仆踩动踏板，然后把整块木料放到打磨机上，轻轻推动木料，一个纯圆的木棍便被车床切割出来。然后再把木棍横着放到钻孔机上，随着钻孔机的转动，木棍中被轻轻松松钻出了一个深孔。
有这些机器的助力，很快沈括便将王寅需要的印染机做了出来，通过安装齿轮、皮带、连接杆和杠杆，只需有人力踩动踏板或者牲畜拉动磨盘，都可以将这台印染机顺利地驱动起来，而不需要工人直接到梁房中摇动转轮。
沈方也用这两台机器制作了一些零件，组装起一辆三个轮子的奇怪车辆模型。
有了这两台机器的助力及思路无意中打开，驱动万寿山人工瀑布的水力车机模型制作得更加高效，仅用了原先一半的材料便实现了相同的升力，而且由于部件减少，变得更易检修维护。但是在喷泉的设计上，沈括遇到了难题，就算把水升得再高，通过铜管引导，最终由铜嘴喷出的水没有理想的高度。工部负责万圣山修建的官员几乎每天来催促，官家明确要求喷泉不能象留翠园已经建好的喷泉那样水平喷，而应向高空喷，越高越好，这样才能显出皇家的气派。
临近年关，沈括的应酬特别多，明年上元节后，万圣山便开始兴建，时间紧迫。腊月二十午后，沈括给沈方讲了一下喷泉的原理和现在的难题，看看这个天才儿子有什么鬼点子。
“建一座十丈高的水塔，冲力就够了。”
“万圣山设计有四丈七尺高，水塔只能修在暗处，更不可能超过万圣山的高度。”
“那就在水塔里用铁锭增加压力。”
“这个需要进行完全的密封，不知道工部的匠人能不能实现？”
“爹爹，我们把模型做出来，模型能行，工部一样能行。”
沈括父子花了两天的工夫终于做出了喷泉的原型，看着流水驱动着模型车轮，将水源源不断地抽上“万圣山”，待灌满水塔后，沈括拧开开关，四个各式各样的喷嘴便喷出水来，大约有“万圣山”的一半高。工部的官员啧啧啧称奇，连声赞叹沈括的设计巧夺天工。沈括暂时交了差，至于实地建设的时候用什么材料，如何密封，此刻也无暇顾及。