舊石器時代晚期（距今約3.5萬~1萬年前）
舊石器時代晚期，泥河灣的氣候乾燥而寒冷，喬木減少，植被稀疏，昔日茂密的森林與草地已變成荒漠草原。人類開始掌握和使用磨製技術生產石器，細石器取代了延續近200萬年的小石器。採集經濟和農業生產已經萌芽。用火方式改變，不僅有隨意架設的火堆，還出現了精心挖造的火塘。在於家溝遺址，發現了距今約1.1萬年前中國北方最早的陶片，標誌著東方人類開始告別矇昧，走向文明。
間接打擊法制造石器示意圖
用一根木棒或骨棒放在石料上，另一端用石頭砸擊或依靠胸部壓剝，打下細長而規整的石片。
壓制法加工石器示意圖
用壓砸器直接作用於被加工石核或石片上，進行剝片或修整。
雕刻器 二道梁遺址中的石製品原料主要是燧石，質地優良，不易破碎，適於人類進行細緻地加工修理製作細石器。石器以刮削器、雕刻器為主要類型，而擁有一定數量的雕刻器為該遺址的特色。這件雕刻器製作精良，器型規整實用，主要功能是用於雕刻。
琢背刀 由棕黃色隧石製成。在石片的右側邊，正向精細修啄成鈍圓的厚邊，加工部位整齊連貫，形成刀背，另一側為石片原有的鋒利邊緣，未做加工，即為刀刃。此器較寬厚，刃口鋒利，有明顯使用痕跡。這種工具可能是將厚的一邊鑲嵌在木或骨質材料上作為複合工具使用。
錛狀器 錛狀器是籍箕灘遺址的典型器物之一。底寬頂窄呈梯形或三角形，腹面較平，背部凸起，底端和兩邊均作較精細加工，主刃位於底端，甚陡，頂端作減薄處理，利於安柄，這是一種能安裝木柄的複合工具，主要用於砍伐和刨平木料。
石矛頭 器形規整，加工細膩，腹面平坦，背面修出中脊，底端減薄，形似矛頭，是一種可以裝柄，用於狩獵的複合工具。錛狀器、石矛頭等複合工具的出現，說明當時生產力的發展和生產經濟的飛躍。
虎頭梁遠眺
虎頭梁遺址群分佈在陽原縣虎頭梁村至八馬坊村一帶的桑乾河岸邊，最早發現於1965年。舊石器時代晚期遺址分佈相對集中，對研究泥河灣新、舊石器文化的傳承關係具有重要意義。馬鞍山、大底園和於家溝等遺址均屬於虎頭梁遺址群。
馬鞍山灶坑 灶坑平面近似於橢圓形，圜底，灶內壁堅硬，已被燒烤為紅黑色。灶內堆積灰燼、炭屑等物。火的使用體現了人類支配自然能力的增強，極大地改善了人類的生存條件。
於家溝遺址
於家溝遺址發現於1965年，後經多次發掘。地層自舊石器時代晚期至新石器時代早期，出土文物約4萬餘件。遺址年代為距今約1.5萬~0.5萬年前。
楔形石核 石核的橫、縱斷面均呈長楔形，可用來剝離出一種兩邊平行、寬僅幾毫米的細石葉。於家溝遺址為典型的細石器文化，出土大量細石核，其中楔形石核數量最多，類型多樣，樣式精美，尤其重要的是剝片過程中各個階段的楔形石核都有，可以根據這些標本恢復整個剝片的工藝過程。
細石葉 於家溝遺址發現的細石葉非常多，其中部分細石葉的近端和遠端都被截去，很明顯是作為複合工具的材料之用。如以樹膠之類將其鑲嵌在骨、木棒的槽中，即可做成帶柄的石刀。精緻規整的細石核、細石葉反映出當時嫻熟的石器加工技術，達到了打製石器的最高水平。
磨光石斧 器身窄長，大部分磨光。石斧由手斧發展而來，舊石器時代晚期人類將其用繩捆縛在木柄一端使用，成為複合工具，而刃部經磨光後變得更加鋒利。於家溝遺址磨製石器的出現，標誌著新石器時代即將到來。
石磨棒 石磨盤 加工植物性食物的重要工具，可以用來去殼、把種子碾磨成碎小顆粒。石磨盤、磨棒的使用表明古人類對於生存環境的依賴度非常高，已經開始半定居或定居生活。
裝飾品 於家溝人已有初步的審美意識，懂得製造和使用裝飾品。遺址中出土了穿孔貝殼、鴕鳥蛋皮製扁珠、鳥管骨制扁珠、鑽孔石珠等成串的佩飾，表明當時於家溝人已經開始採用穿孔和磨製技術。
夾砂黃褐陶片 於家溝遺址出土陶片中最大的一件，應是一件平底器物的下部。外壁上有壓劃紋飾，由於燒造火候不均，壁表局部呈灰褐色，胎質疏鬆，胎體中心為黑色，兩側黃褐色。為便於保護和作為地層證據，考古人員將其連土一同提取下來。於家溝遺址出土的陶片是目前華北地區最古老的陶片，這一發現對於舊石器時代向新石器時代過渡、農業起源、陶器起源等重大學術研究，具有非常重要的意義。陶器的發明是遠古人類長期生活經驗積累的結果，在人類文明史上具有劃時代的意義。
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