（一）中国古代科学成就

1.农学

早在大约公元前五六千年前，我国的黄河、长江流域就已出现农耕作业。到了西周时期，以农为主、以畜牧业为辅的生产格局已经形成。由于农业是中国社会的经济基础，历来统治者都非常重视农业生产，因此我国很早就形成了独具特色的农学体系。在我国文化典籍中，专门的农书有三百余种，其中最著名的有《氾胜之书》《齐民要术》、陈旉《农书》、王祯《农书》和《农政全书》。

《氾胜之书》是目前留传下来的最早的农书。氾胜之在汉成帝时官拜议郎，曾在包括整个关中平原的三辅地区推广农业，教导种植小麦，许多热心于农业生产的人都前来向他请教，关中地区的农业因此取得了丰收。正是在总结农业生产经验的基础上，氾胜之写成了农书十八篇，这就是《氾胜之书》。该书总结了我国北方地区主要是关中地区的耕作经验，提出了农业生产六环节理论，即及时耕作、改良和利用地力、施肥、灌溉、及时中耕除草、及时收获六个环节，并对每一个环节都做了具体的说明。

《齐民要术》是现今完整保存下来的最古的农书，其作者是北魏的贾思勰。他当时担任北魏青州高阳（今山东临淄县）太守，在今天华北一带实地考察过农业生产状况。为了写成此书，他不仅阅读了大量的文献，而且亲自向老农请教。《齐民要术》堪称是一部农业巨著。贾思勰在《齐民要术》中建立了较为完整的农学体系，并以实用为特点对农学类目作出了合理的划分。该书精辟透彻地论述了黄河中下游旱地农业生产关键的技术问题，规范了耕、耙、耱等项基本措施，对动植物养殖技术和农产品加工、酿造、烹调、贮藏也都有详细的论述。《齐民要术》作为一部农学百科全书，不仅奠定了我国农学发展的基础，在世界农业科技发展史中也占有重要的地位。

宋高祖时，世居扬州、靠种药治圃为生的全真派道徒陈旉写成了《农书》，这是现存最早的详细总结我国南方农民种植水稻以及养蚕、栽桑、养牛等生产技术的丰富经验书籍。

元代王祯曾在安徽、江西两地任过县尹。他不仅廉洁奉公，为百姓做了不少好事，而且极为重视农业生产，他搜罗了历代农书进行研究，并且经常注意观察各地农事操作和农业机具。他所著的《农书》，综合了黄河流域旱地耕作和江南水田耕作两方面的生产经验，全面系统地解释了广义农业生产所包括的内容和范围，在中国农学史上占有极其重要的地位。

明末杰出科学家徐光启，从小对农业技术就很有兴趣，在博取功名的漫长时间里，深感“陆王心学”祸国害民，因而竭力主张经世致用，后成为明末清初学术界实学思潮的一位有力推动者。徐光启利用在家守制、赋闲的时间，在北京、天津和上海等地设置试验田，亲自进行各种农业技术实验，潜心编写《农政全书》，至死方初步编就。全书共六十卷、五十多万字，主要包括农政思想和农业技术两大方面。具体内容分为农本、田制、农事、水利、农器、树艺、蚕桑、种植、收养、制造和家政等十二项，不仅对我国古代的农学成就做了系统总结，而且提出了许多新的思想，受到同代和近代学者较高的评价。

《氾胜之书》《齐民要术》《农书》《农政全书》被称为中国古代四大农书，代表了中国古代农业科技所达到的水平。

2.天文学

我国是世界上天文学发展最早的国家之一。在官方的大力支持下，中国古代的天文学在天文观测、历法制定、天文仪器的制造和使用等方面一直走在世界各文明古国的前列。

中国古代天文学的成就首先表现在天文观测方面。天文观测是中国古代天文学的主要内容，在恒星、行星、日月和异常天象观测方面，我国古代天文学都有杰出的成就。而天象记录方面的连续性、完备性和准确性，是世界上任何其他国家都无法比拟的。

在恒星观测方面，我国有世界上公认最早的星表“甘石星经”，它载有不同方位的恒星数百颗；从敦煌石窟中发现的一幅唐代绘制的星图载有1300多颗恒星。1247年南宋石刻天文图上已刻有1434颗星，是世界天文学史上珍贵的文物。在日月行星观测方面，我国古代天文学家也做了不少工作，而对日月食的观测记录更具特色。《尚书·胤征》记载公元前2137年一位天文官员因为没有预测出当年发生的日食而受到夏王的惩罚。这是世界上最早的日食记录。从汉初到公元1785年，我国共记录有日食925次，月食574次，堪称世界之最。

在异常天象的观测记录方面，目前世界公认最早的太阳黑子记录是《汉书·五行志》中记录的公元前28年3月的太阳黑子现象。而欧洲记录黑子最早的时间是公元807年。而且，关于太阳黑子的记录也以中国最为丰富。这些记录对当代天文学研究具有重要的科学价值，德国、美国和日本等国科学家都根据这些记录做出了重要的科学发现。中国最早记录彗星是在周昭王十九年（前1034），而欧洲最早记录彗星是在公元前11年，比中国晚了一千多年。自春秋至清末，中国古代天文学家记录彗星不下五百次，记录哈雷彗星三十一次。20世纪50年代，法国人巴尔代在研究了《彗星轨道总表》以后曾这样断言：“彗星记载最好的（除极少数例外），当推中国的记载。”

中国古代天文学对现代天文学贡献最大的是有关新星和超新星记录。早在公元前14世纪殷商时代的甲骨文中就有了新星的记载，从那时到公元1700年的三千多年中，中国共记载新星九十颗，其中超新星十颗。而古希腊、古罗马和古巴比伦却没有任何新星和超新星的记录，在中世纪欧洲编年史上有关的记载也十分罕见。中国古代天文学在古代恒星观测上的这项伟大成就，对现代新星、超新星的探索显然具有重要的意义。

其次，中国古代天文学的成就还体现在历法的制定与修订方面。中国传统的历法是阴阳合历，既考虑月亮的运动，又考虑太阳的运动。早在一万年前氏族公社初期的“人皇氏”时期，就发明了用十天干和十二地支迭相搭配以记日的方法，这是人类历法的开端。春秋后期，产生了一种取回归年长度为365又1/4日，并采用19年7闰为闰周的历法——古四分历。这一回归年数值比真正的回归年长度只多11分钟，这是当时世界上最精密的数值。而在欧洲，罗马人采用儒略历也是用这个数值，但比我国晚了约五百年。而古四分历确立的19年置7闰的原则，西方是在公元前433年由希腊天文学家默冬宣布的，也比我国晚了一百年左右。

从古四分历诞生以来，我国历法不断改进。据统计，自春秋末年至太平天国，前后一共出现了一百零二种历法。尤其是元代天文学家郭守敬集历法之大成，于1280年参与编定《授时历》，将岁实精确到365.2425日，这个数值比地球绕太阳公转一周的实际时间仅差二十六秒，与现代世界通用的公历——格里历完全相同。而格里历制定于1582年，比授时历晚了三百年。明代末年，邢云路在兰州建造了历史上最高的木制六丈高表，进一步测得岁实为365.24190日，同现代理论计算值只差2.3秒，其精确度之高远远超过了当时欧洲的水平。

其三，中国古代天文学的成就还表现在天文仪器的制造和使用方面。我国天文仪器的制造历史悠久，独具特色。很多文献记载表明，中国远在五六千年以前的黄帝、尧、舜时代，就创制了世界上最早的测天仪器——浑仪。浑仪是由一系列同心圆组成的一种仪器，往往还加上窥管以观测天象。汉宣帝时，天文学家耿寿昌创制了浑象，浑象相当于今天的天球仪。浑象和浑仪又统称浑天仪。原始的浑天仪经过历代不断改进，发展成为具有六合仪、三辰仪、四游仪这样三重结构、多种功能的复杂仪器。到了元代，著名天文学家郭守敬于1276年在此基础上，制成简化的浑仪——简仪，领先世界三百多年，直到1598年丹麦天文学家第谷所发明的仪器才能与之相比。天文仪器的另一杰作是北宋时期苏颂、韩公廉等人制成的水运仪象台。它集观测、授时、演示等功能于一体，被认为是世界上最早的天文钟，不仅标志着我国11世纪天文学发展所达到的高度，更直接体现了我国古代机械制造技术的卓越水平。

依靠先进的测天仪器，我国天文学取得了辉煌的测天成就。早在五六千年以前，中国先民就开始把天体黄道、赤道附近的恒星分为二十八个星区，每个星区各取一星为主，称为二十八宿。大约春秋以后，中国古代天文学的二十八宿理论经中亚传入印度，再传入波斯、阿拉伯等地。

其四，中国古代的天文学成就还体现在具有东方特色的宇宙理论上。宇宙理论是我国古代天文学的重要组成部分，也是浑天仪制作的理论根据。自远古以来，我国先民就相信宇宙的基本结构是天盖地承。春秋战国时期，这种看法精致化为一种盖天说的宇宙理论。盖天说认为，天和地是两个同心半球，之间相距八万里，北极是天球的中央，日月星辰附着天而平转。盖天说比较直观，但不能很好地解释观测到的天象。所以春秋战国时又孕育了另外两种宇宙理论——浑天说和宣夜说，并在汉代形成完整的理论。浑天说认为，天是一个完整的球，地球处于天球之中，如同蛋黄居于鸡蛋之中一样，恒星处在天球之上，而日月五星则游离于天球附近。浑天说是一种以地球为中心的宇宙理论，但在当时，它比其他宇宙理论能更好地说明天体运动，因此在我国古代宇宙理论中居主导地位，影响也最大。宣夜说与盖天说、浑天说相对立，它反对有固定的天球，主张宇宙处处充满无边无涯的气体，日月星辰在其中漂浮游动。宣夜说显然已有宇宙无限的观念萌芽，这在哲学上有一定意义，但它过于思辨，无法用其指导天象观测，所以其科学价值不大。

中国古代天文学的成就又具体体现在灿若星辰的古代天文学家身上。自秦汉以来，我国出现了一大批杰出的天文学家，其中尤以张衡、祖冲之、一行和郭守敬贡献最大。

东汉张衡是一位具有多方面才能的科学家，他的成就除天文学外，还涉及地震学、数学、机械技术以及文学艺术等许多领域。他作为一位天文学家，最突出的贡献是系统阐述浑天书和制造漏水转浑天仪。这台浑天仪是一种以水为动力的演示天球星象运动的表演仪器，它开创了我国天文学制造水运仪象的传统。他对地震学最突出的贡献是发明了候风地动仪。根据20世纪60年代中国科技工作者王振铎研究，张衡的候风地动仪形似酒樽，樽外附有八条龙，龙首朝着八个方向；龙口中含有一粒铜丸；地面上有八只昂首张口的蟾蜍。樽中一根高而细的铜柱，一旦发生地震，铜柱顺着震动的方向倒向一条龙，该龙口中的铜珠落入蟾蜍口中，观测者即可得知地震的时间和方向。据记载，地动仪确实探测到了公元138年在甘肃发生的一次地震，而国外到19世纪才真正能用仪器观测地震。从这个意义上讲，张衡制造的候风地动仪应是世界上的地震仪之祖。

南北朝时的祖冲之不仅是一位伟大的数学家，也是一位伟大的天文学家。祖冲之在天文学上的贡献主要是制定了《大明历》，他指出了前辈天算历法家的不足，在历法制定中进行了颇多创新和改革。他在《大明历》中所推算和采用的一些基本天文常数普遍达到了相当高的精度，从而将我国历法提高到一个新的水平。

唐代僧人一行，俗名张遂。他自小聪颖勤奋，对天文历法有特别的兴趣，后因避权贵，削发为僧。公元721年，他奉唐玄宗诏行新历法。为此，他和机械专家梁令瓒一起共同创制了黄道游仪等大型天文观测仪器和演示仪器，并组织了一大批朝野天文学家进行系统的天象观测，特别是直接观测太阳在黄道上的运动，获得大量准确的数据，作为制定新历的依据。一行主持编制的《大衍历》，以众多的创新，充实了传统历法体系的内容，其中最突出的贡献是比较正确地掌握了太阳在黄道上运行速度变化的规律，对后世历法产生了重大的影响。一行以对天文仪器制造、天文观测、历算等多方面的贡献，在中国天文学史上占有重要的地位。

郭守敬是13世纪杰出的学者，元代最著名的科学家。他在天文学上的巨大贡献，首先体现在天文仪器制造方面。据史籍记载，郭守敬一生中创造的天文仪器不少于二十二种，这些仪器大都具有实用、简便、灵巧、精确的特点，使用这些仪器，可以使天体测量精度大大提高，其中简仪更是世界闻名的天文测量仪器。宋朝制造的浑仪虽然精致完善，但是构造十分复杂。郭守敬在沈括等人改革的基础上，取消了黄道环，把浑仪分解为两个独立的装置（赤道装置和地平装置），这就是著名的简仪。简仪是当时世界上最先进的天体测量仪器，尤其是赤道装置，构思奇巧，结构新颖，对近代和现代天文仪器的发展都有深远的影响。郭守敬在天文学上另一项突出的贡献是参与创制了《授时历》，这部历法是我国古代历法中最优秀的典范。

3.数学

中国数学古称“算学”，侧重于解决实际应用问题，与其他文明古国数学相比，自成体系，创造了许多世界一流的研究成果。

这些成果首先体现在十进位制的创制上。史载“黄帝历法，数有十等”（《数学记遗》）。至商代甲骨文中已用一、二、三、四、五、六、七、八、九、十、百、千、万等十三个数字记十万以内的任何自然数。这表明中国远在四五千年以前就使用了十进位值制。著名科技史学家李约瑟对此曾做了高度的评价：“如果没有这种十进位制，就几乎不可能出现我们现在这个统一化的世界。”

《九章算术》也是中国古代数学的代表性成就之一。汉代出现的《九章算术》，早在公元前2世纪以前就已存在，经过历代学者修改、补充，于公元前1世纪定型问世。全书共九章共二百四十六个数学问题，广泛涉及分数计算法、比例计算法、面积体积计算法、开方术以及方程中的正负数运算，等等，这些数学方法是那个时代世界上最先进的算术。《九章算术》对于中国古代数学有着奠基的意义。它所开创的体例和风格一直为后世沿用，中国古代数学家正是在对它的注释、补充和完善中推动中国数学发展的。

割圆术是我国古代算学方面的又一杰出成就。魏晋南北朝时期我国数学发展迅速，出现了我国早期伟大的数学家刘徽和祖冲之父子。刘徽生活于曹魏和西晋时期，他在其名作《九章算术注》中，第一次提出了极限思想，并创立了“割圆术”这一新的数学方法。由圆内接正192边形计算出圆周率为3.1416，指出圆内接正多边形的边数无限增加，其周长就愈逼近圆周长。祖冲之与其子祖恒，通过计算圆内接正6144边形和正12288边形的面积，确定圆周率在3.1415926与3.1415927之间，精确到小数点后七位。直到一千多年以后，阿拉伯数学家阿尔·卡西格才求出更精确的数值。祖冲之父子还应用“缘幂势既同则积不容异”的原理，解决了刘徽未能求出的“牟合方盖”体积问题，得出了球体体积的正确公式。这一原理和17世纪意大利数学家卡瓦列里所提出的“卡瓦列里公理”的意义相同而时间却早其一千多年。

中国古代数学在宋元时期达到其繁荣的顶点，涌现了一大批卓有成就的数学家，其中秦九韶、李冶、杨辉和朱世杰成就最为突出，被誉为宋元数学四大家。他们的研究成果，代表了当时世界最先进的数学水平。

南宋人秦九韶多才多艺，虽然为官期间利用职权谋取私利，生活上非常奢华，但在数学上有杰出的贡献。他著的《数学九章》，是中国数学史上一部重要著作。书中提出的“大衍求一术”和“正负开方术”遥遥领先于当时世界的数学水平。欧洲数学家欧拉和高斯的同类研究比秦九韶晚了五百多年。

生活在金元交界时期的李冶，出身于学问世家，其父的好学精神对李冶深有影响。元世祖忽必烈多次召见李冶，许以高官，都被他婉言谢绝。李冶潜心著述讲学，研究工作涉及数学、文学、历史、天文、哲学、医学，但投入精力最多的是数学。他所撰写的《测圆海镜》是一部惊世之作，书中提出的“天元术”（一元高次方程）标志着我国传统数学中符号代数学的诞生，其与欧洲的研究相比提前了三百年。

南宋人杨辉是东南一带有名的数学家和数学教育家。他在沈括隙积术基础上发展了垛积术，并探索纵横图（幻方）规律，给出三四阶乃至十阶纵横图的构成规律，这些成就对后世数学家深有影响。他还讨论了勾股容方问题，提出了一条重要的面积定理，后人称之为“杨辉定理”。杨辉还特别注意社会上的数学问题，毕生致力于改进计算技术，在捷算法方面取得了一定的成就。

元代的朱世杰，以数学为业游学四方。他不仅继承了当时北方数学以天元术为中心的主要成就，而且还吸收了南方各种日用、商用数学的成就，这使朱世杰成为宋元时期数学发展的总结性人物。朱世杰最重要的科学成果是他撰写了《四元玉鉴》。该书讨论了高次方程组的解法、高阶等差级数的求和以及高次内插法等，这在当时世界上首屈一指。欧洲数学家直到18世纪才得出同样的结论。20世纪美国著名的科学史学家萨特评价朱世杰是“汉民族的、他所生存时代的、同时也是贯穿古今的一位最杰出的数学家”。