第二部分
“巧思絕世”的機械發明家馬鈞
在我國的江南的一些地方，至今還在使用著一種木製的灌溉工具——龍骨水車，它的最初發明者不是近代人，更不是現代人，而是古代的一位傑出的機械發明家——馬鈞。由於他改進了織綾機，發明了龍骨水車，製造了指南車、拋石機、“水轉百戲”等精巧的機械裝置，在曆史上曾獲得了“巧思絕世”的機械發明家的美稱。
指南車的指引
馬鈞，字德衡，我國三國時代的魏國扶風(今陝西武功縣、興平縣一帶)人，生卒年代不詳。他出身於一個貧苦的家庭裏，祖籍世代務農。馬鈞從小就口吃，因而一生都不善言談。他雖動口不好，但卻善於動腦、動手，尤其喜歡讀書。每當看到一本好書，他往往愛不釋手。有一次他從書上讀到了一個發明的故事，便立刻被吸引住了。
書上講的是上古時代黃帝大戰蚩尤的故事。一次，黃帝領兵作戰，因天降大霧，軍隊辨不清方向，結果被蚩尤打敗了。回去之後，黃帝就想，在這種多霧的地區作戰，如能辨明方向就好了。這時手下一個聰明的謀士便提出一個設想。他建議製作一種裝置，能始終指向一個固定的方向，將士們看到它就可以不迷失方向了。黃帝覺得這個設想很好，便命人進行研究和試驗，終於製作了一種指南車。這是一種奇妙的車，車輪與一套裝置相聯，這套裝置又與車上一個手臂指向南方的小木人相聯。當車子轉變方向時，通過這套裝置的轉換，總能保證木人的手始終指向南方。這樣，在大霧再一次降臨的時候，蚩尤部落傾巢出動，想借此機會使黃帝全軍覆沒。但他們沒有想到，這一次黃帝的軍隊，由於有了指南車的指引，加上黃帝指揮有方，使隊伍進退自如，士兵們越戰越勇，最終卻把蚩尤打敗了。
在讀了這本書之後，馬鈞又從另一本書上讀到，在周朝初年，南方的越裳氏派來的使臣迷失了回去的路線，周公便利用製作的指南車，派人護送他們回國了。
這些故事簡直使小馬鈞著了迷，當時隻有十幾歲的他，竟異想天開，也要造一台指南車。他找來父親幹木匠活的工具和一些木板，邊琢磨邊動手試驗，一幹就是幾天。可究竟怎麼才能指南，書上沒說，他試驗來試驗去仍是一籌莫展。母親見兒子這幾天神秘地忙個不停，常常愁眉苦臉，不思茶飯，便心疼地問他在幹什麼。他告訴母親黃帝造指南車的故事，並說他也在造指南車。母親一聽就笑了，說那隻是傳說，不一定是真事兒。可小馬鈞挺倔強，非說是真事兒不可。母親見他一臉孩子氣，又是那樣認真，便半開玩笑地逗他說：“我兒現在年紀還小，等長大了就一定能造出指南車來。”馬鈞聽到媽媽的鼓勵才高興地笑了。他決心等自己再長大一些時，再來造指南車。盡管這一次沒造成指南車，但卻培養了小馬鈞對機械的興趣和勤於動手的習慣。這無疑影響了他日後的發展方向。
改進織綾機
馬鈞從小生活在鄉間，從父老鄉親們每日沉重的勞動中體味到生活的艱辛，並總想用什麼辦法來減輕鄉親們的勞動。為此，他非常注意研究當時所能見到的各種機械，並設法改進它們。其中比較突出的是他對織綾機的改進。
我國是世界上最早發明養蠶繅絲的國家。早在商朝的時候，以桑養蠶與繅絲織綢的技術就有了相當的發展。當時的人們已經掌握了平紋織法和挑織法，用以織出帶有各種圖案的絲織品。到了春秋戰國時期，已掌握了能織出十幾種絲織品的方法。到了漢代，中國的絲綢開始傳入國外，我國由此獲得了“東方絲國”的稱號。
與此密切相關的是紡織機的發明和改進。我國最早的織布機大約發明於商朝的手紋織機，到周朝又發展出提花機械，至少在戰國末期已經開始使用足踏織機了。利用腳踏板作提綜(織機上使經線上下交錯分開以便梭子通過的裝置)開口的裝置，就可以騰出手來投梭，手腳並用，使功效大大提高。這種織機是紡織技術史上具有劃時代意義的發明。到了西漢初年，對織機又有了進一步的改進，有人還曾發明了一種新型提花機。它用120根經線，60天就能織出一匹花綾。但這種織綾機的最大特點是每根經線都要用一個腳踏的躡(即踏板)，這樣120根經線就要有120個躡，操作起來既費力又費時，很不方便。後來有人對它作了改進，把它簡化成“五十綜者五十躡”或“六十綜者六十躡。”
馬鈞家的一位鄰居大媽就有一台這樣的“六十綜者六十躡”的織綾機。這種織綾機雖然效率有所提高，但織一匹綾子仍需幾十天的時間，且複雜笨重、不便操作的問題仍沒得到解決。
馬鈞從小就非常喜歡去大媽家看織綾。他覺得大媽的織綾機神秘、可愛，在大媽的熟練操作下，一匹匹色彩鮮豔、圖案生動的花綾從織機中“流出”，比媽媽巧手繡出的刺繡還漂亮。隨著馬鈞逐漸長大，大媽一天天變老，麵對60根線、60個踏板，逐漸有些力不從心，動作也明顯不如以前熟練，以往一個月就能織出的布，現在往往要用三個月甚至更長時間才能幹完。馬鈞覺得這都是由於這種織綾機太複雜造成的。如果能使它的機構再簡化一下，操作方便一些，就不會這麼費力了。馬鈞那顆喜歡鑽研的心又活動起來了，他決心要對這種織機加以改進。
馬鈞趁大媽有一段時間臥病在床之際，把她的織機全部拆開，仔細地研究了它的結構和各種零部件的功能。然後經過日夜的苦心鑽研和反複實驗，又重新設計了織機，將“五十綜者五十躡”和“六十綜者六十躡”兩種舊織機，都改裝成隻需12個躡的織機。這樣就大大簡化了織綾機的構造，使生產效率一下子提高了5倍。
當大媽身體康複，再次站到織綾機前時，看到的是一台很簡便的織機。當她坐到機前操作時，更覺得方便至極，自己仿佛一下子又回到了身體強健的年輕時代，甚至比那時還要強。原來織一匹綾至少也要一個月，可現在她十來天甚至更短的時間就可織出一匹。她高興得合不攏嘴，逢人便稱讚馬鈞的才能。由於用新綾機織出的圖案自然，變化多端，質量也有很大提高，所以在市場上成了暢銷的搶手貨，深受人們的歡迎。
於是，遠近的許多人都慕名而來，請求馬鈞傳授製作新型織機的技術。看到自己的發明贏得了人們的歡迎，馬鈞也很興奮，對上門求教者都熱心傳授，並且不收分文。由此，經過馬鈞改進的新型織綾機便迅速地被推廣開來，為家庭手工織布業的發展做出了貢獻。馬鈞的名字開始為世人所知，“天下知其巧矣”。
夭折的拋石機
馬鈞即使在改進織綾機的時候，腦海裏仍不時地閃現著童年時代要製造指南車的夢想。但同時也覺得單憑自己當時的力量，很難完成如此複雜的大型器械的製作任務。為此，他於公元233年來到魏國京城洛陽。此次來京城所抱的希望之一，就是能借助朝廷的力量來實現自己的夢想。後來經人介紹，他認識了京城的一位著名學者、文學家傅玄。中國曆代統治者都有重視文學的傾向，所以作為文學家的傅玄能夠有機會與上層權貴們接觸。傅玄很欣賞馬鈞的才學，也聽說過他改進織綾機的事。因此，兩人相識不久便成了莫逆之交。傅玄答應幫他想辦法，找機會向朝廷推薦。
傅玄深知，在他那個時代裏，要想舉薦成功，僅有才華是不行的，一定要為當時的官府作出一定的貢獻，才能為權貴們所重視。馬鈞雖然成功地改進了織綾機，但對於那些視生產為“下人”所為的權貴們來說，根本不屑一顧。當時，由於魏、蜀、吳三國之間經常打仗，所以朝廷對個人的軍事功績比較重視。傅玄思忖，按馬鈞的才能，雖然不能在領兵打仗上建立功勳，但卻可以在兵器的改進方麵有所作為。
當時，蜀國丞相諸葛亮創製了一種武器叫連弩，可以連續發射幾十支鐵製弩箭，對魏國的軍隊威脅很大。馬鈞看到了魏軍從蜀軍那裏繳獲的連弩後，認為巧是很巧，但還不是最好的，如果改進一下，威力還能提高幾倍。但他沒有馬上著手去改進連弩，而是看中了一種威力更大的攻城武器——發石車。這種發石車就像一個大天平，一頭掛著一個鬥，裏麵可以裝幾斤或幾十斤重的大石球；另一頭掛著很多根繩子。幾十或幾百名士兵拉著繩子，一齊用力把掛繩子的這一頭拉下來，掛石頭的那一頭飛快地翹了起來，石頭就被拋了出去，借以打擊敵人。馬鈞發現，這種發石車不但用人多，花費時間長，拋出去的石頭速度低，威力不大，敵人隻需在城樓上懸掛濕牛皮，就可以輕而易舉地擋住石彈，而且它隻能間斷性地單射，不能連射。
為了克服這些缺點，馬鈞研究設計了一種新的攻城武器——輪轉式連續拋石機。他設想，用一個豎置的並能繞軸轉動的大木輪，在輪緣周圍用繩子吊上幾十塊“石彈”，然後用機械使輪子飛速旋轉，輪邊的“石彈”也會隨之一起旋轉，當轉速達到一定程度，按一定節奏斷開繩索，就會使石彈“首尾電至”，連續發射打擊敵人。馬鈞按照這一設想，利用車輪和幾十塊磚瓦作了簡易實驗，結果與設想的一致，接連不斷打出去的磚瓦，能飛出幾百步遠，威力很大。
傅玄見到這一試驗結果非常高興。他想，國家正處在交戰之時，權臣們一定會對這一發明感興趣，也一定會重用馬鈞這樣的不可多得的人才。於是，他便親自帶領馬鈞，拿著設計圖，直接去拜見安鄉侯曹羲。曹羲見傅玄推薦的所謂“人才”，隻不過是一個鄉村匠人，便有些不以為然。但礙於傅玄的麵子。才勉強地問了問這種武器的一些情況。由於馬鈞本來就不善言辭，加之又是第一次見到如此高官，未免有些緊張，一時間竟不知該說些什麼。曹羲便以不善辭令、講不出深奧的道理為由，不同意讓他進行試製。傅玄為國薦才心切，隻好親自向曹羲講述了這種武器的精巧及其威力，並將其稱之為“國之精器”，力勸曹羲應“以考試為衡器”進行試驗，以便不至於把美玉當成石頭而隨意拋棄了。經過傅玄的耐心說服，曹羲才同意將此事上奏主持軍事並輔政的武安侯曹爽。但曹爽此時正忙於和司馬氏爭奪權勢，對馬鈞的這一發明根本無心理會。傅玄和馬鈞都很失望。這一天才發明就此夭折。對這件事，傅玄曾感歎說：試驗一下，本來是極容易的事。可是像馬鈞這樣天下知名的巧人尚且得不到重視，更何況那些不出名的人呢!
水轉百戲
此事過後不久，有人給魏明帝進獻了一種叫做“百戲”的木偶玩具，它設計精巧，造型優美，美中不足的是不能動作。善於諂媚的曹爽這時才又想起了小馬鈞。為了取悅於明帝，這次曹爽派人找到了馬鈞。魏明帝問馬鈞：“你能使這些木偶人動作起來嗎?”馬鈞略一觀察，便自信地回答說：“能!”於是魏明帝便命馬鈞加以改製。
馬鈞奉詔後，便在宮廷內開始研製起來。他調動了自己的全部才智，製作了一套複雜而巧妙的齒輪、連杆、凸輪等組成的傳動裝置。然後又用木材製成了原動輪，用水作動力，使其旋轉，通過傳動裝置的傳遞，使旋轉運動變成了各個木偶各自不同的動作。這就是傳說中的“水轉百戲。”
製作完成後，魏明帝傳旨，讓群臣到後花園觀賞改進後的“水轉百戲”。這一天，宮廷裏張燈結彩，鼓樂齊鳴，群臣朝服齊整，嬪妃們妝抹豔麗，一同隨著明帝來到了設置“水轉百戲”的後花園裏。人們隻見一個圓形的水池中，設有一木製大輪，平放在池底，輪子的側麵設有噴水的竹管。當竹管向外噴水時，輪子開始轉動起來，同時，輪子上麵“戲台”上設置的木人也都一起動作起來，有的擊鼓吹簫，有的翩翩起舞，有的跳丸(古代的一種雜技，以手擲球，上下交替)擲劍，有的爬繩倒立，還有的舂米磨麵，鬥雞雜耍，出入自如，變化無窮，場麵熱鬧非凡，直看得明帝和嬪妃及群臣們目瞪口呆，拍案叫絕。
發明指南車
通過“水轉百戲”，馬鈞雖然得以進入宮廷，但也沒受到重視，隻給他當了個“給事中”的小官。馬鈞對此倒也不十分計較，他心中惦記的仍然是要製造指南車。於是他決定把製作指南車的事上奏明帝。在等待明帝召見的朝房裏，馬鈞和部分官員談起了指南車的問題，許多人對此都抱懷疑態度。當時在場的散騎常侍高堂隆和驍騎將軍秦朗則全然否認指南車的存在。於是，馬鈞和他們便展開了爭辯。
馬鈞說，黃帝、周公都曾製造過指南車；他們則說，這隻是傳說，不可靠。馬鈞又指出，史書上記載過，春秋時期也曾出現過指南車，特別是近時(指東漢)的張衡也曾造過指南車；他們說，這是古書上隨便說說的。馬鈞堅定地認為，古代很可能造出過指南車，隻是我們沒有深入去研究罷了，其實，這也不是多麼深奧的事，給我時間和材料，我就可以把它造出來。
一聽馬鈞也要造指南車，高堂隆和秦朗便拿出平時空談中練就的絕招，利用文字遊戲來諷刺馬鈞。他們說：“先生名鈞，字德衡。‘鈞’是器物的模型，‘衡’可以定物的輕重。可你說話連個輕重都不分，難道可以作為模型嗎?”意思是說馬鈞沒有真憑實據，隻是信口開河，亂說一氣。馬鈞深知沒有事實的證明，很難說服這些“空談高手”，於是便直截了當地回答說：“徒作空論是沒有用的，不妨試製一下，自見分明。”
他們一同去見魏明帝，奏明此事。魏明帝雖然對管理朝政庸碌無為，但對遊玩奢侈之事卻興致甚濃。他以前也聽說過古代帝王出行時有一種先驅車，叫指南車。車上站著一個木人，伸臂南指，不管車子怎麼轉動，木人手臂總是指向南方。他雖未曾考慮過這種說法是真是假，但現在聽馬鈞說他可以為自己造出一台來，想到自己以後也可享受用指南車開路的氣派，便立即下旨命令馬鈞重造指南車。這樣，馬鈞不但獲得了充足的材料、上等的工具，而且由於皇帝準奏，宮廷內的能工巧匠都可以由馬鈞調配了。
經過馬鈞的苦思冥想，終於弄清了指南車的動作原理，然後開始設計機構，並畫出了設計圖。在工匠們的幫助下，沒有多長時間，終於製成了指南車。這下，高堂隆和秦朗無話可說了。
盡管受到人們的稱讚，但馬鈞卻是一個從不愛炫耀自己的人。當時的一位著名地理學家裴秀，第一次見到馬鈞後，見其言語遲鈍，便對人們給予馬鈞的讚揚不以為然。他自恃知識廣博，要找馬鈞辯論。馬鈞聽說後，便有意避開他。裴秀更加得意了。馬鈞的朋友傅玄聽到此事後，便找到裴秀，對他說：“你擅長的是說話，馬先生擅長的則是智巧。你用自己的擅長去攻擊馬先生，當然會占上風。要是你和馬先生較量智巧，未必能占上風!馬先生非常謙虛，不願和你糾纏，所以一直避開你，你還不知道嗎?”裴秀聽後也覺得有些慚愧。
自馬鈞製成指南車以後，朝廷上下都逐漸佩服馬鈞這位很有智巧的人，“天下服其巧矣”。
發明龍骨水車
馬鈞雖然有許多傑出的發明創造，卻始終也未能受到封建統治者們的重視，反而常常受到阻撓和蔑視，才能也未能得到充分的發揮。對此，馬鈞的好友傅玄曾慨歎說：馬先生的巧，雖古時的公輸般、墨翟，近時的張平子(張衡)也比不過，但公輸般、墨翟為時所用，有益於世；平子雖任侍郎，馬先生雖為給事中，但都沒有做工官，不能發揮更大的作用，用人不能盡其才，實在太可惜了。盡管如此，馬鈞並沒有過多計較，而是在完成了指南車的製造之後，便又開始了一個造福於子孫後代的構思，即要發明一種新的灌溉機構——龍骨水車。
離馬鈞在洛陽的住處不遠的地方，有一片坡地，由於地勢較高，無法引水灌溉，一直荒蕪著。馬鈞覺得，如果能解決灌溉問題，則將是一片好菜地。由此，又萌發了他要發明新的灌溉機具的想法，並開始了對以往的灌溉工具的研究。
我國在東漢以前的主要提水灌溉工具是桔槔和轆轤。桔槔早在春秋戰國時期就已經應用，實際上它是一種利用杠杆原理的提水裝置。它是在井旁支一個木架，在木架上安裝一根結實的木杆，木架將木杆分成短端和長端，短端係著木桶，長端墜個石塊。當桶向上提水的時候，由於杠杆和墜石的作用，便比較省力了。轆轤則是利用輪軸原理製成的一種提水灌溉工具，它特別適用於深水井。但無論是桔槔還是轆轤，都不能連續灌溉，且效率也很低。馬鈞在研究了原有灌溉器具的基礎上認為，隻有使提水工具連續動作才能提高灌溉效率。為此，他開始了新的設計和試驗。經過反複的試驗和研究，終於製造了一種新的灌溉器械——龍骨水車，完成了具有世界曆史意義的一項發明。
龍骨水車又叫翻車、踏車或水車。其構造是這樣的：用木板作一個長約66米、寬約132～231米、高約033米的木槽，在木槽的一端安裝一個比較大的帶齒輪軸，軸的兩端安裝可以踏動的踏板。在木槽的另一端安裝一個比較小的齒輪軸。在兩個齒輪軸之間安裝上木鏈條(即所謂龍骨)，木鏈條上栓上串板。這樣，在灌溉農田的時候，就把木槽的安有小齒輪軸的一端放入池塘或河中，人隻要踏動大齒輪軸上的踏板，就可以使串板在槽裏運動，刮水而上，實現了將水從低處提升到高處的目的，並且可以“更出更入”，循環不息，能連續不斷地提水。龍骨水車比原來的提水工具效率提高近百倍。特別是由於它的結構輕便靈巧，婦女兒童都能踏轉，所以很受歡迎，並迅速得到推廣應用。這是當時世界上最先進的提水工具。
一千多年來，馬鈞發明的龍骨水車，一直作為一種重要的農業灌溉工具，在我國的農村被廣泛的應用著。甚至在今天，江南的一些地方仍在使用著。
馬鈞的一生雖有過許多的發明創造，但一直未受到當時的統治者、官府的重視。然而，他的發明卻受到了廣大勞動人民的歡迎。後人敬仰他，稱頌他為“天下至巧”。馬鈞已作為“巧思絕世”的機械發明家永遠載入史冊。
農業科學家賈思勰
賈思勰是一千四百多年以前，我國南北朝時期北魏一位傑出的農業科學家。他是山東益都人，出生在一個世代務農的書香門第。他的祖上並不隻是那種“日出而做，日落而息”的農民，在勞作的同時，還喜歡讀書、學習，特別重視農業生產技術知識的學習和研究。這些都無形之中在賈思勰的腦海裏留下深深的烙印。並不十分富裕的家中卻擁有大量藏書，使賈思勰能夠從中攝取各方麵的知識，這些都為他日後編撰《齊民要術》打下了堅實的基礎。
成年後的賈思勰，開始走上仕途。他曾經做過高陽郡(今山東臨淄)太守等官職，並因此到過山東、河南、河北等許多地方。他每到一處，都非常重視農業生產，認真考察和研究當地的農業生產技術，並虛心向一些有著豐富實踐經驗的老農請教，從而積累了許多農業生產方麵的知識。
中年以後，他又回到了自己的家鄉，開始親自從事養羊、種莊稼等農業生產勞動和放牧活動。在經營農牧業的過程中，他對農業生產也有了親身體會。在遇到問題時，他還時常到各地向有經驗的農夫請教。
有一次，賈思勰養的二百多頭羊因為飼料不足，不到一年就餓死了一大半。事後他想，下次我事先種上20畝大豆，這下準備的飼料應該足夠多了。這樣，他又養了一群羊。可是過了一段時間，羊又死了許多。到底是什麼原因呢?就在這時，有人告訴賈思勰，在百裏之外有一位養羊的能手，也許能幫助他。賈思勰立刻找到這位老羊倌，向他請教。老羊倌在仔細詢問了賈思勰養羊的情況後，找到了羊死亡的原因。原來是因為賈思勰隨便把飼料扔在羊圈裏，羊在上麵踩來踩去，拉屎撒尿也都在上麵。羊雖然不會說話，可羊是不肯吃這種飼料的，於是就餓死了。賈思勰又在老羊倌家裏住了好多天，認真觀察了老羊倌的羊圈，學習了老羊倌一套豐富的養羊經驗。回去後，就按照這些養羊的方法去做，效果果然不錯。
後來，賈思勰又陸續到過河南、河北、山西、山東等許多地方。每到一處，賈思勰都虛心地向當地有經驗的老農請教，學習他們多年積累下來的寶貴生產經驗。比如：長著茅草的地要先讓牛羊在上麵踩過一遍，七月份翻地後，茅草才會死去；長得飽滿的、顏色純正的穗子，一般是首選的種子類型，把它們割下來，高高掛起，等到第二年春天再脫下粒來播種，莊稼長勢才好；不同的地理位置，不同的氣候環境，要選不同的作物種類。例如風大霜重的山地種穀子，就得選用莖稈堅強的品種；而溫暖潮濕的低地種穀子，就得選用生長旺盛產最高的品種。賈思勰在探索、實踐中，逐步掌握了許多豐富的生產經驗。
賈思勰為什麼會對農業生產經驗如此感興趣呢?因為他認識到農業生產和人民的生產生活關係密切，國家能否強盛起來，幾乎決定於君主是否重視農業生產。而農業生產要想有發展，就必須依靠提高政府官員和農民的科學技術水平。他親自進行農業生產活動，總結當時的經驗，研究前人的成果。大約在北魏永熙三年(534年)到東魏武定二年(544年)期間，他將自己積累的許多古書上的農業技術資料，請教老農獲得的豐富經驗，以及他自己親身實踐後的體會，加以分析整理和歸納總結，寫成了農業科學技術巨著《齊民要術》。
說《齊民要術》是巨著，是因為該書分為10卷，共92篇，11萬字；其中正文約七萬字，注釋約四萬字。另外，書前還各有“自序”、“雜說”各一篇。在“序”中，賈思勰廣泛摘錄聖明的君主，賢明的宰相以及有識之士等重視農業生產，從而國富民強的事例。《齊民要術》論述的內容相當豐富，涉及麵極廣，既包括各類農作物、纖維作物、油料作物、染料作物、香料作物、綠肥作物、飼料作物等田間作物，也包括水生植物、蔬菜、瓜果、實用木材等等，就連養豬、養雞、製造醬醋等農副產品，也都有詳細說明。可以說，《齊民要術》是我國最早的一部農業百科全書，為我們研究我國古代農業生產提供了極為真實的詳細史料。
《齊民要術》的內容和賈思勰的貢獻，可從下麵幾個方麵探討。
《齊民要術》的最大成就，是使我國的農業科學第一次形成了係統理論，對以實用為特點的農學類目作出了合理的規劃。在這部書裏，賈思勰對當時各種農作物，從初始的開荒耕種及生產前的各樣準備，到生產後的加工、釀造和利用等一係列過程，做了全麵而詳細的描述。比如，對農作物進行分類；分析影響農作物生長的多種因素；針對農作物生長的各個階段，都需要注意哪些問題?如何改善農作物的生長條件?怎樣才能提高農作物適應環境的生長能力?同時賈思勰在這本書裏還論述了種植學、林學以及多種動物的養殖學。應該說，《齊民要術》內容異常豐富，結構極其嚴謹，論述有理有據，並與實踐緊密結合。賈思勰所提出的這些問題，正是農業科學所要研究的主要方麵。這些研究成果，不但促進了當時的農業生產，就是在今天，仍具有非常重要的參考價值。
《齊民要術》提出種子的優劣對作物的產量和質量起著舉足輕重的作用。例如書中共記錄各類種子八十多個品種，按照成熟期，植株高度和產量、質量，抵抗不良環境的能力等多種特性進行分析比較。同時說明了如何保持種子的純度，種子播種前的各項準備工作有哪些，如何做，才能保證播種下去的種子能發育完好，並長出茁壯健康的幼苗。更為可貴的是，賈思勰看到了各種事物相互聯係這一辯證規律，描述了環境在生物的存活和生長方麵所起的作用，以及生物遺傳、變異之間的關係；論述了人工雜交，人工選擇及定向培育等育種原理。對於種植蔬菜、果樹和林木的扡插、壓條的嫁接等育苗方法以及幼樹撫育方麵的技術作了說明。至今，我們仍然采用其中的許多方法。
賈思勰在進行了大量實地調查研究，總結他所生活實踐的黃河中下遊地區的氣候特點是：“春多風旱”。在《齊民要術》中詳細探討了抗旱保墒的問題。在書中，他還規範了耕、耙、耱等基本耕作方式，並與各種技術環節巧妙結合，在理論上說清道理和意義。另外，他還提出以輪換作物品種的辦法恢複提高土壤肥力，還出現了綠肥植物的栽培及輪作套種的方式，明確提出農業生產的原理應是因地製宜。
《齊民要術》將動物養殖技術向前推進了一大步。書中用6篇記錄了牛、馬、雞、鵝等家畜、家禽的飼養方法。對於畜力的使用，家畜的飼養，雌雄如何搭配才合適等問題，書中也都有描述。書中還有獸醫處方48例，涉及外科、內科傳染病、寄生蟲病等多種疾病，提出早發現、早預防、早治療、講究衛生，以及積極配合防病治病等措施，直至今日，有的措施仍在采用。
農產品的加工、釀造、烹調、貯藏等技術也是《齊民要術》涉及的內容之一。從書中記載的酒、醋、醬、糖稀等的製作過程，可以看出當時的人對微生物在生物釀造過程中所起的重要作用已經有了一定的認識和實際經驗。書中記載的蔬菜保存方法，至今在我國北方地區仍在使用。
《齊民要術》還具有很高的實用價值，其中記載了許多關於植物生長發育和有關農業技術的觀察資料。例如，書中說椒不耐寒，屬於溫暖季節的作物，因此越冬時要把它包起來。最可貴的是，書中記述了果樹開花期於園中堆置亂草、生糞，漫煙防霜的重要經驗。書中認為，如果雨過天晴，又刮西北風降溫的話，那天晚上一定有霜。根據這一經驗，人們可以提早做好預防準備，避免損失。
值得一提的是賈思勰十分重視對農業生產、科學技術與經濟效益的綜合分析。在當時，他就能在書中把科學技術與農業生產結合起來，依據一定的理論，從科學道理出發，描述多種經營的方法，可以增加經濟效益，增加農民的收入。
《齊民要術》是一部總結我國古代農業生產經驗的傑出著作，是一部具有高度科學價值的“農業百科全書”。農史學家稱讚該書使中國農學第一次形成精耕細作的完整結構體係。經濟史學家認為該書也是封建地主經濟的經營指南，為增加經濟效益提供了實際方法和途徑。再有食品史學家認為該書在農產品加工、釀造、烹調、果蔬貯藏等方麵也給出了很好的技巧、方法。
賈思勰的《齊民要術》能得到各界史學家的高度評價，取得如此成功，是和他本人嚴肅認真、一絲不苟的治學態度分不開的。他非常重視吸收前人的經驗。在《齊民要術》中，他引用的古書有一百五六十種。這些古書中有不少都失傳了，幸虧賈思勰把其中一部分精華摘錄下來，比如西漢時期的《氾勝之書》，《四民月令》等許多農學著作。賈思勰雖然十分重視前人的經驗，可是並不迷信古書。例如《氾勝之書》中說，黍子的種植要稀一點。可賈思勰通過親自實踐發現，如果密植，棵雖然發得小些，但是籽粒勻稱飽滿，米色比較白，比稀植效果要好。於是在《齊民要術》一書中，他就糾正了《氾勝之書》的說法。
賈思勰不但吸收書本中的精華，同時還親自參加農業勞動，積極向群眾學習，仔細觀察，認真思考，從而獲得了大量確切的第一手資料。因此書中很多知識的描述相當精確，如果不是親自實踐，是無法做到這一點的。
賈思勰這種不人雲亦雲的嚴謹治學態度是難能可貴的，這和當時社會追求名利，崇尚空談的作風是迥然不同的。賈思勰在《齊民要術》一書中表達了他濟世救民、要求實行變革的政治態度。他認為，隻有農業首先得到發展，國家才能富裕起來。他蔑視那些終日吃喝玩樂，不問百姓疾苦的達官貴族。賈思勰很有政治遠見，在他看來，如果人民的基本生活無法保障，人們吃不飽，穿不暖，日積月累，達到極點定會引起人們的不滿，國家也就難以維持穩定的局麵了。
還有一點值得特別提到的是：賈思勰不僅注意總結漢族人民的生產經驗，同時還注意學習和吸收各兄弟民族的先進生產經驗。例如書中關於畜牧方麵的許多好方法，就是從兄弟民族學習來的。
《齊民要術》由於其內容廣泛，記述豐富，內容詳實，不僅在我國有著深遠的影響，而且在國外也有一定的影響。例如日本早在寬平年間(889～897)，藤原估世編撰的《日本國見在書目》，其中已收錄了《齊民要術》。歐洲學者也翻譯出版了英、德文本的《齊民要術》。
總之，賈思勰本人尊重勞動，敬重勞動人民，具有一定的遠見卓識，能把富國的根本放在農業上，這是很可貴的見解。他還擁有豐富的知識，通曉多方麵的知識和技術，將實踐放在很重要的位置上，不隻靠空想，還具有實事求是的科學精神。這些優秀品質在他所著的《齊民要術》中得到了充分展示。《齊民要術》反映了我國古代勞動人民無限的聰明才智，為保留我國古代農業生產的寶貴經驗，推動我國古代農業生產的發展，都做出了重大貢獻。賈思勰所著的《齊民要術》稱得上是一部不朽的、具有很高科學價值的農學巨著。
藥王孫思邈
我國隋唐之際，在京北華原(今陝西省的耀縣)出現了一位被後人尊稱為“藥王”的高壽名醫——孫思邈。孫思邈生於公元541年，公元682年逝世，活了141年。在中國醫藥史上，孫思邈具有承前啟後，繼往開來的重要地位，對國內外的醫藥學產生了巨大的影響。孫思邈所以能在醫藥上取得如此巨大的成就，這與他刻苦學習而有廣博的學識；不倦地實踐而有豐富的經驗；對已有的醫藥成果，在繼承中弘揚和創新；給人治病，有高尚醫德，都息息相關。
孫思邈自小體弱多病，飽嚐疾病折磨的痛苦。為了給孫思邈看病吃藥，家裏耗盡了原來較富裕的家產。他的家鄉幹旱缺水，土地貧瘠，群眾生活十分貧困。鄉鄰們受傷得病，或因缺醫少藥耽誤診治；或因無錢治病斷送性命的也屢見不鮮。孫思邈從自身的經曆和周圍鄉鄰們的遭遇中，感受到隻有當一名好的醫生，去解除病人的痛苦，才可給人們和自己帶來歡樂。他從18歲起就立誌學醫，20歲以後便專心行醫為鄉鄰診病。
從小聰穎的孫思邈“七歲就學，日誦千餘言”，但當時的社會風氣鄙視從事醫藥的人，讀書為的是求官。而孫思邈刻苦讀書，博學廣識，為的是學好後從事醫藥事業，解除人們的病痛。他從醫的堅定誌向從沒動搖過。隋唐二代曾有三位皇帝要他赴京城做官，孫思邈或是借口身體有病推托，或是逃避隱居山林。在曆史上，由於統治階級的政治需要，對儒、道、佛三教(即孔子、老子、佛家三派的學說)有不同的對待。孫思邈則對這三家的學說兼收並蓄取其精華，不僅使自己具有高尚的道德情操，而且在思想方法中更多地具有了樸素的辯證法和樸素的唯物主義傾向。孫思邈認為行醫要能夠“上以療君親，下以救貧賤之厄，中以保身長全，以養其生”。他認為“君親有疾，不能療之者，非忠孝也”，這是受儒家忠孝君親的思想影響。搞學問作事業必須自己親自去做去實踐，這是受老子“以身觀身，以家觀家，以鄉觀鄉，以邦觀邦，以天下觀天下”的影響。孫思邈在《大醫習業》中明確指出：“不讀五經不知有仁義之道；不讀三史，不知古今之事；不讀諸子，觀事則不能默然而識之；……不讀莊老，不能任真體運……”由此不難看出道家思想是他汲取的重要來源。對於佛經，孫思邈也十分崇尚，他說：“不讀內經(佛經)則不知道慈、悲、喜、舍之德”。在《大醫精誠》中他寫道：“先發大慈惻隱之心，誓願普救含靈之苦。”這些正是孫思邈有高尚醫德，並在行醫中躬行，對醫術要精益求精的思想基礎。
孫思邈認為人的生命比千金還重；開方救病人的性命，醫生的德行超過千金。從這裏不難看出孫思邈重視醫生的高尚醫德，也同樣重視醫生的精湛醫術。他主張不管病人是官還是民，是富還是貧，病人不論與自己的關係是親還是疏，不論病人的年齡大小，隻要是病人都要一視同仁。在治病時扶貧濟困，從不計較。
有一窮困的莊稼人，久患腰腿痛，嚴重影響生計。他慕名來找孫思邈看病。孫思邈給他把脈問診後又檢查了患處，當即在莊稼人的患處紮了幾針，這莊稼人頓感病情減輕許多。孫思邈又開了藥方，讓他吃幾付湯藥。很快莊稼人就恢複了健康。為答謝孫思邈的醫治之恩，莊稼人東挪西借揍了些銀錢，拿來酬謝孫思邈。孫思邈麵帶微笑，把銀錢又塞到莊稼人手中，說什麼也不肯接下來。這莊稼人十分感激，心裏又過不去，就挖了棵小杏樹栽在孫思邈家西側的山岡上。以此來表示對孫思邈的治愈之恩的感謝。孫思邈為窮苦鄉鄰看病。從不計較診金。那些被他治愈的窮困鄉鄰們，爭相效仿莊稼漢的辦法：病愈後就在孫思邈家西側的山岡上栽棵杏樹，表示感謝。不幾年滿山遍野的杏樹蔚然成林。人們用“杏林春滿”來讚頌孫思邈以醫濟人的高尚醫德和精湛的醫術。至今人們也用“杏林春滿”來表彰那些具有高尚醫德和精湛醫術的中醫大夫。
孫思邈對古代醫學典籍刻苦學習。他繼承前人的經驗，又不拘泥守舊，靈活運用已有成果，又勇於開拓創新。漢代名醫張仲景有當歸生薑羊肉湯。經孫思邈化裁後成羊肉當歸湯、羊肉杜仲湯、羊肉生地黃湯、黃芪建中加減羊肉湯等。這樣就擴充了原方的治療範圍。孫思邈還大量涉獵其他外來的醫學精方，補充自己。如匈奴的“露宿丸”、印度的“耆婆萬病丸”、波斯的“牛乳汁虛方”、“佛家的“阿伽陀圓(丸)”、兄弟民族的“蠻夷酒”等等都予以吸收。
有一患嚴重腿病的病人，吃了幾天孫思邈開的湯藥並沒見效。配合吃湯藥，孫思邈又加上針灸，紮了幾天的針還是不見效。腿仍疼痛難受。孫思邈麵對病情未見好轉的病人，想著這些吃的藥和紮針所取的穴位在典籍上，都是有記載的，依此治病為何不見療效?是否還有沒被發現的治腿痛的新穴位?孫思邈一麵想一麵在患者腿上輕輕地掐。掐一處就問一問：是不是這兒疼?掐著掐著突然病人高聲地喊起來：“阿唷”。孫思邈加重掐又急忙問：“是不是這兒?”病人說：“阿——是這兒!”孫思邈就在此處紮了一針。說來也怪，病人的腿居然不痛了。
紮這一針的穴位，任何書上都沒記載。要記下這穴位就得先給它起個名。孫思邈想著剛才的情景：病人“阿——是”地說是這兒，就把這個穴位叫“阿是”穴。在阿是穴上紮針醫療，已被千餘年來無數用針灸治病的醫生所肯定。
孫思邈十分重視用針灸法醫療疾病，且造詣精深。他在理論上糾正了前代穴位混雜的現象，統一了穴位名稱，又繪製了針灸穴位的圖，發明了“以痛取穴”針刺治病的方法。在醫療技術上孫思邈也不斷創新。導尿術的發明創造人就是孫思邈。他首先使用蔥葉導尿(直到元代才改用羽毛管導尿)。至於法國醫生拿力敦發明用橡皮管導尿，那已是孫思邈之後1200年的事了。
孫思邈提出沒有小兒就不會有大人，婦女的病比男子的病難治十倍。他重視婦女，珍視小兒。主張把婦女、小兒病從內科中分離出來各自獨立成科，倡導婦、兒專科論治。這為我國醫學的發展揭開了嶄新的一頁。孫思邈對於新生兒應如何處理，如何選擇母乳，如何診治小兒雜病的論述，至今仍在很高的臨床實用價值。
孫思邈對醫藥的各個方麵都非常精通，常用綜合治療的辦法給人治病，療效特好，常常使病人“起死回生”。一天孫思邈進城要辦點事，見有出殯的。一老婆婆跟著棺材哭得非常傷心。棺材裏滲透出的血水滴了一路。孫思邈問老婆婆：“棺材盛殮的是您什麼人，是怎麼死的?”老婆婆傷心地告訴孫思邈：兒媳難產幾天，血流不止。孫子沒能生出來，兒媳就這樣死了。孫思邈又問：“死了多長時間了?老婆婆回答說死了半天了。孫思邈又仔細地察看了滴在地上的血，跟老婆婆說：“我能救活你的兒媳!”老婆婆疑惑地看著孫思邈。旁邊有人叫道：“他就是大名醫孫思邈”。老婆婆急忙要跪下給孫思邈叩頭。孫思邈一邊將老婆婆扶住，一邊叫人趕快開棺。“死者”臉上無一點血色。孫思邈仔細地切脈，感到偶爾還有非常微弱的跳動。孫思邈接著選好穴位，用特殊的撚針手法給“死者”紮針。說來也奇怪，沒一會功夫就看到“死者”的鼻子有點輕微的煽動，有了微弱的呼吸。過了一會“死者”的腹部也蠕動開了。隨著“哇——”的一聲嬰兒的哭啼，一個白胖胖的娃娃出世了。產婦吃力地睜開雙眼，又緊緊地閉上。孫思邈讓人趕快依方去買藥，給產婦喂下。不一會兒，產婦就完全清醒過來，含著淚，吃力地看著周圍的人。人們無不稱頌孫思邈一針救活了母子兩條性命，稱孫思邈是“神醫”。
孫思邈不慕名利，三次避詔，到太白山、終南山、峨眉山、五台山(孫思邈的老家，今稱藥王山)隱居數十年。他隱居在深山老林，養生、煉丹、行醫看病、鑽研典籍和醫術。為了訪求醫方，孫思邈不怕勞苦，不遠千裏萬裏，涉足大江南北去尋求。他的醫學知識和醫術達到至深至精，幽微絕妙的程度，為他成為“蒼生大醫”和著書立說奠下基石。
火藥是我國古代的四大發明之一，多說是在宋代，也有說是唐代。孫思邈也精於煉丹，他在《丹經》中，依據自己的煉丹活動，詳細地記錄了“硫磺伏火法”。這是我國早期的火藥配方和製法。火藥的發明，孫思邈是真正的先驅者!
孫思邈前後共有撰著23種。其中《千金翼方》和《千金要方》堪稱中國醫藥學的“百科全書”。孫思邈係統地總結了唐代以前，我國的醫藥成果。結合自己數十年行醫的臨床實踐的豐富經驗，於71歲時(唐永徽三年，公元652年)編成了《千金要方》30卷。之後，孫思邈又深感《千金要方》不足以全麵反映自己鑽研典籍、行醫看病的心得體會和新獲得的珍貴醫藥知識。又用了30年——到孫思邈逝世前一年，續編定了《千金翼方》30卷。用以補充《千金要方》的不足。《千金要方》中有合方、論5300多首，載醫方6500多個，共232門。《千金翼方》共189門，合方、論、法2900餘首。這兩部醫典在我國世代相傳。《千金要方》問世以來已刊刻近百版。至今仍是從事中醫藥的人必讀經典。兩書在國外(特別是在日本)也有較為廣泛的影響。
古代的人們往往把生病看作是因鬼怪作祟所致。生病後不找醫生而找巫婆來除病。孫思邈不信這些，明確指出：“針藥及時，將能調理，委以良醫，病無不愈”。他提倡講究衛生，發展預防醫學，竭力主張把預防醫學同醫療學結合，把疾病消滅在發生之前。他提倡鍛煉身體，指出這是防病、健體，益壽延年的重要手段。至今仍有現實的指導意義。孫思邈強調個人要注意飲食衛生：肉食要新鮮，要煮爛了吃；吃飯要細嚼慢咽，不要吃得過飽；飲酒要適量；晚飯不要多吃，飯後要漱口；不要蒙頭睡覺；要常洗澡常換衣服；養成不隨地吐痰的習慣；要常勞動，但不要過分疲勞等等，做到預防為主。
醫生開方要“藥到病除”，必須熟記藥物的性能和用量。孫思邈對許多藥材親自探究，有些還自己動手種植、采摘、炮製，還注意吸收外國的醫藥學說和藥物，以提高醫術和擴大用藥領域。孫思邈重視“食療”。如用胎盤治療各種虛症；用羊、牛、兔肝治夜盲症；用海藻等治甲狀腺腫大病。對“腳氣病”進行分類。對其中因缺維生素B一類的病人，用食穀糠皮等食物來治療。這較歐洲人1642年提出腳氣病早了一千餘年。對治療大葉性急性肺炎、心絞痛、心肌梗塞等病都居當時世界的先進水平，至今仍有很高的醫療價值。
對於養生學，孫思邈進行了全麵的總結，發展了唯物的養生長壽學說，形成綜合性的實用科學養生體係。他的養生長壽理論和方法適合人類的需要，易於接受和實行。孫思邈反對以服食“仙丹”來追求“長生不老”的幻想；主張通過提高精神素養，調節生活規律、改善生活環境，重視飲食忌宜，配合各種鍛煉以及服食必要的藥物達到健康長壽的目的。他的調氣、按摩等許多方法對後代的氣功、八段錦、延年益壽六字訣等都有極大的影響。
孫思邈以醫濟人。他的高尚醫德和精湛的醫術為後代所崇敬。為表達對孫思邈的崇敬，人們尊稱他為“藥王”。把他曾隱居的耀縣五台山改稱“藥王山”，並在山口建“藥王廟”。在其他許多城市中也建藥王廟或在大廟裏建藥王殿奉祀孫思邈，把孫思邈作為自己健康的保護神。許多有關孫思邈的神話也流傳至今。其中一則是：
有一隻白額大虎臥倒在孫思邈家門口。老虎淚汪汪地張著大嘴哼哼。孫思邈領會了這是一隻有病的老虎，是來找自己看病的。孫思邈坦然無懼地走到老虎跟前為它診視。老虎因吃食太猛，骨刺梗塞了咽喉，孫思邈把門上的鐵門環取下撐到老虎的大嘴裏，把骨刺拔出，又揉了些“鐵腳靈仙草”搗爛讓老虎咽下。老虎的病痛頓時消失，張口長嘯一聲感謝孫思邈的醫治之恩。從此每當陽春二月杏花盛開時，這隻老虎就來杏林守護，直到杏子成熟、收獲後方離去。這“虎守杏林”的故事代代流傳。從前遊醫們手戴醫鈴，搖著走街串巷行醫，把醫鈴叫“虎箍”，就來自這傳說。醫鈴也是由孫思邈為老虎治病的鐵門環演變而來的。
人們為表達對中國醫藥史上承前啟後，繼往開來的名醫孫思邈的崇敬，自唐代起，每年二月初二孫思邈故鄉的人們萬人空巷到藥王山上的藥王廟祭祀藥王孫思邈。田漢先生在1959年遊藥王山時，用簡練的兩句詩概括了孫思邈在醫藥上的偉大功績和人們對孫思邈的崇敬：
“千金方使萬人活，蕭鼓年年拜藥王。”
中古時代的天文學巨星郭守敬
在世界曆史的中古時代，歐洲正處於中世紀時期，古希臘天文學的光輝被淹沒了，天文學似乎出現了千年沉寂。當時，亞洲的中西部、埃及和西班牙是阿拉伯帝國的統治區，天文學還比較發達。而在世界的東方，中國天文學在上古時代誕生後一直沿著自己的道路獨立地發展著，在這過程中出現過許多著名天文學家，本文所介紹的郭守敬則是其中最傑出的一位。在世界上同一時期，他的天文學成就也是極其突出的，他不愧被譽為中古時代的天文學巨星。與此同時，他還以治水方麵的卓越貢獻而彪炳史冊。
少年顯天賦
13世紀初至30年代，中國的南方由南宋王朝統治，而北方由日益沒落的金朝和日益強盛的蒙古汗國統治。金哀宗天興三年(1234年)，成吉思汗之子、蒙古大汗窩闊台滅金朝，統一了中國北方。在這之前三年，即金哀宗正大八年(1231)，本文主人公郭守敬出生於邢州的邢台縣(今河北省邢台縣)。他出生時邢台已為蒙古汗國所轄。
郭守敬號若思，其父親大概在他出生後不久便去世了，所以郭守敬由其祖父郭榮撫養長大。郭榮粗通五經，熟諳數學、天文、水利等多種學術，給郭守敬以深刻的影響。少年的郭守敬不愛和年歲相若的孩子們嬉戲，而熱衷於讀書和觀察周圍的自然現象。據記載，他在十五六歲時曾獲一幅《蓮花漏圖》，蓮花漏是當時計時儀器壺中較先進的一種。因戰亂，那時已很難見到實物，郭守敬僅憑此圖加以琢磨，很快弄懂了它的原理。後來，在他31歲那年，據少年時的記憶獨立研製出一台蓮花漏。
郭榮有位老朋友劉秉忠博學多才，深通天文、算學、音律、術數等各種學問，受到成吉思汗之孫忽必烈親王的器重，把他留在親王府內當謀臣。大概在郭守敬十七八歲的時候，劉秉忠回家鄉邢州奔喪。3年服喪期間，他帶了一位名叫王恂的少年到邢台縣以西100多裏的紫金山閉門讀書。郭榮聽到這個消息，立即把郭守敬送至劉秉忠門下進修，王恂比郭守敬略小幾歲，他們兩人成了師兄弟和好朋友。3年後兩人的學業都大有長進，劉秉忠對他們很賞識。
大概正當劉秉忠3年服喪期間，忽必烈親王聽取了另一謀臣張文謙的意見，派良吏去治理地處南北要衝但因長年戰亂而農業凋零的邢州地區。張耕、劉肅被派到了邢州，他們采取了多種措施恢複農業生產，其中整治水道也為措施之一。邢州城的北郊有3條河流順著地勢從西向東流，最北的一條河道因泥沙堆積而淤塞，河水破堤泛濫，形成一片泥淖，中間的一條連河上架的石橋都陷於淤泥中，日子一久，連橋的所在處也找不到了。張耕、劉肅打算治理河道、修複石橋，便命年方21歲、剛師從劉秉忠3年後回家不久的郭守敬負責勘查和工程的治理設計工作。郭守敬通過現場實地勘測，提出了治理設計方案。根據他的方案，官府征調400多民工，挖出淤泥，疏通河道，使3條河流各有歸宿，通行無阻，連埋沒多年的舊石橋也被順利地挖了出來，重新架設在河上。去往北方的大路上，過往行人再也不用艱難跋涉於泥淖之中了，河流也得以通航，農田又得到了灌溉之利。這項工程的順利完工，首次顯示了郭守敬在治水工程方麵的傑出才華。
治水專家
蒙古蒙哥汗元年(1251)，蒙古王公大臣擁立成吉思汗之孫、窩闊台之侄蒙哥為大汗，於是蒙哥成了蒙古汗國的最高統治者。蒙哥把包括邢州一帶的廣大漢族居住地區的軍政大事全部交給其胞弟忽必烈親王掌管。為鞏固自身的統治，忽必烈采取了籠絡漢族士大夫階層和發展農業生產的方針。他召來在家鄉守喪的劉秉忠。蒙哥汗三年(1253)，他又讓19歲的王恂擔任其次子的伴讀。郭守敬暫未進入仕途，他留在家鄉潛心研究學問。
蒙哥汗九年(1259)秋，蒙哥汗在攻打四川合州的戰役中陣亡。翌年，忽必烈在一些蒙古軍事首領的支持和漢族謀臣的策劃下，打破大汗應由王公大臣推選的蒙古傳統，搶先自立為大汗，建都於開平(後稱上都，在今內蒙古多倫縣西北上都河北岸)，並參照中原傳統，下詔用年號紀年，這年便是中統元年(1260)。張文謙被封為“左丞”，不久又特派他兼任大名路(今河北省西南部地區)和彰德路(今河南省東北部地區)宣撫使。張文謙來到自己家鄉邢州，誠懇邀請郭守敬出山做他的助手。
當時，忽必烈的軍事力量主要用於蒙古族居住地區，與他的汗位爭奪者阿裏不哥和海都等人打內戰。忽必烈十分需要一個鞏固且能保障軍需供應的後方。因此，發展農業生產成了大名路、彰德路宣撫使張文謙的主要任務。郭守敬認為，治水是恢複和發展農業的一個根本問題。在張文謙的支持下，郭守敬在大名路、彰德路兩地區的各處奔波，認真勘察河流水渠分布，仔細研究地勢地形，周密考慮引哪條水、修哪些渠、能增加多少灌溉耕地的麵積等問題，最後逐漸在頭腦中醞釀出一套整治水利的地區規劃設想。
張文謙任大名路、彰德路宣撫使僅一年左右，便奉忽必烈之召返回都城開平。中統三年(1262)，張文謙向忽必烈推薦了郭守敬，稱許他“習知水利，且巧思絕人”。忽必烈很快召見了郭守敬。郭守敬向忽必烈彙報了自己在大名路、彰德路兩地區的水利勘察情況，提出了6條治水建議，並詳細闡述了每條建議中的工程方案及其效用。這些建議的實施，將對發展燕京(今北京市)以南、黃河以北的大片地區的農田水利灌溉和水上運輸帶來極大的好處。忽必烈對此深感興趣，他當即派郭守敬擔任提舉諸路河渠的職務，讓他經辦各地河道水利事宜。翌年，郭守敬又被提升為佩帶銀符的副河渠使。
郭守敬的6條治水建議未能一一得以實施，原因是在他的第一條建議獲準付諸實施之後，朝廷又派他去執行別的任務。中統五年，忽必烈更改年號，改稱這年為至元元年(1264年)。這年初夏，郭守敬被派到西夏一帶去視察河渠水道。幾個月後，忽必烈決定建都燕京，並將其改稱為中都。接著張文謙被派任西夏地區行政長官。西夏位於沿黃河的河套平原，一向是西北重要農耕地帶，很早就開鑿了許多灌溉渠道，但那時這些河渠大多已年久失修。在張文謙的領導下，郭守敬以副河渠使的職銜負責籌劃整修西夏古渠，計劃製定後，得到許多當地官員的支持，民眾也踴躍參加。不到一年時間，不僅疏浚了舊有河渠，還開辟了幾條新渠，同時設計修建了許多水壩、水閘來控製和調節河渠的水量。於是這一帶出現了渠水四達、稻麥豐收的景象。後來，西夏人民特意在當地建了一座生祠，來紀念他的功績。
至元二年(1265)，郭守敬回到中都，忽必烈升他為都水少監，這是掌管全國治水的中央官署的副長官。郭守敬升任都水少監時期，中都日益成為蒙古汗國的政治中心。但從華北平原利用天然水道和運河隻能到達離中都四十多裏的通州(今北京市通縣)，從通州到中都原先雖有一條運河，但因所引水源太小，流量有限，無法通航，有時甚至河水幹枯，因此通州和中都兩地間隻能依靠陸路運輸。郭守敬提出改引盧溝河之水為運河水源的方案，為防河水暴漲，還提出了開鑿減弱水勢的減水口的補充建議。經忽必烈批準，此計劃得以實施。但在至元三年(1266)完工後，並未完全解決水路運輸問題，主要原因是盧溝河挾帶泥沙太多，運河上不能加設可調節流量卻會阻礙泥沙衝走的水閘，同時由於引水後水流湍急，巨大的糧船無法逆流而上。但它對兩岸農田的灌溉則起了很大的作用。
至元八年(1271)，忽必烈建國號大元，中國曆史上的元朝便從這一年正式開始起算。翌年，忽必烈將中都改稱大都，成為元朝的統治中心。郭守敬於至元八年升任為都水監，即掌管全國治水的中央官署的正職長官。至元十三年(1276)，忽必烈將治水部門並入工部(掌管各種工程、水利等事務的中央官署)，郭守敬被封為工部裏的高級官員工部郎中，仍分管河工水利事務。郭守敬在任都水監和工部郎中任內，做了大量工作，勘察和治理過的河、渠、泊、堰以數百計，他還奉命沿著黃河和黃河故道測量地形，掌握了黃河以北縱橫數百裏地區內地勢的起伏變化，並繪出地圖，注明情況。
在長期負責河工水利工作中，郭守敬逐漸形成了地形相對高度的概念。元代齊履謙著的郭守敬傳記《知太史院事郭公行狀》中說，郭守敬“又嚐以海麵較京師至汴梁(今河南省開封市)地形高下之差”，即嚐試拿海平麵作標準來比較大都到汴梁不同地方的地勢高低之差，這是當今地理學中“海拔”概念的最早應用，也是他長期水利工作中的一項創造性成就。這一概念的提出遠比西方為早。
文韜武略的科學家沈括
沈括的生平和他的政治生涯
1政治上的建樹
沈括(1031～1095)，錢塘(今浙江杭州)人，字存中。父親叫沈周，一生都在各地做官。母親許氏，很有文學修養。沈括和他的哥哥沈披在童年時代都從母親那裏受到良好的啟蒙教育。沈括從小就隨著在外做官的父親到過不少地方。十歲以後，因為沈周做泉州(今福建泉州)州官，沈括便隨父親在福建住了多年。後來他在《夢溪筆談》中所記的一些最早的見聞，就是他在這一時期耳聞目睹的事情。
沈括在21歲的時候，父親去世。宋朝政府因為他的父親生前做官很有功勞，所以當他守滿了三年父喪以後，按照當時的製度，任命他為沭陽(今江蘇沭陽)縣主簿。他一生的政治生涯，便從此開始。縣主簿是當時縣長的助手，職位雖低，但是沈括卻在任內積極發揮了自己的才能，替地方辦了一些好事，尤其是在興修水利方麵很有成績。當時沭陽縣境內的沭水因年久失修，河道淤塞，不能充分引水灌溉，以至許多田地都荒廢了。沈括到任後，便把沭水加以修浚，開辟了一百條灌溉渠，修築了九條堤堰，因而使七千多頃田地都變成了上等良田，使當地的農業生產得到發展。
沈括在33歲那年(1063)考中進士。以後便參加昭文館編校書籍的工作，同時研究天文和算術。他這時雖然不是行政官吏，但是對於國家大事和民間疾苦仍然非常關心，總想為國家和人民作些有益的事情。下麵所舉的便是一個例子。
按照宋朝的製度，皇帝每三年要舉行一次祭祀天地的“郊祭”典禮。每一次郊祭，事先都要大興土木，設立祭壇，壇下要圍上巨大的帳布，還要在城外方圓數裏之內廣植樹木，建造園林，布置許多彩繪、雕刻等裝飾品。郊祭的儀式也非常繁瑣。這一切都要浪費人力、物力和財力，加重了勞動人民的負擔。沈括看到這種情形，就對郊祭禮製的沿革作了一番研究，著成《南郊式》一書，共一百一十卷，對郊祭的儀式作了修改和簡化，建議朝廷采用。當時正是宋神宗(1068—1085年在位)任用王安石做宰相，準備實行變法，改革政治的時候。所以沈括這一改革郊祭儀式的建議得被采納。由於采用了新的儀式，每次祭典都節省下來很多的錢，這樣就減輕了人民的一些負擔。因為沈括這一項建議受到宋神宗的重視，同時也因為他長於天文、曆法和算術，於是被提升為太吏令兼管司天監，掌管圖書資料和天文曆法的工作。
當時充當司天監的官吏，都是一些坐食俸祿的人，並沒有天文，曆學方麵的真正知識。沈括到任以後，就著手加 以整頓，他把一個平民出身的著名曆算家衛樸薦入司天監，參加改革曆法的工作。沈括又製造了渾儀(又名渾天儀，是我國古代觀測天文的主要儀器)、景表(表示太陽影子的儀器)、五壺浮漏 (五個水箱合成的測時器)等儀器。獲得很大的成績。
不久，淮南一帶發生水災，沈括被派去調查災情，賑濟災民。他到淮南後，一麵把常平倉儲備的糧食發給災民，一麵采取積極措施疏通溝渠，治理被水淹沒的田地，恢複生產。由於他的認真努力，使災情得到一定程度的減輕。
這一年沈括被提升為集賢閣校理，校勘經籍。不久又升任太常丞(管禮樂的副長官)。這時，他的職位比過去更高了，但是他並沒有滿足於個人的高官厚祿，脫離社會實際生活，而是更加關心民間疾苦和政府各項措施的利弊得失。他經常根據他的觀察所得，向宋神宗提出有利於國計民生的建議。例如，當時宋朝政府曾打算采取兩項很不合理而且損害人民利益的措施：一件是為了防禦北方境內的遼、夏兩個少數民族政權的進攻，派人登記民間所用的運輸車輛，以便在戰時征調來作為兵車使用；另一件是政府主管鹽專賣的機構為了禁止四川的私鹽販賣，預備把四川境內私人所有的鹽井全部填塞，而由政府把解池 (今山西運城境內)所產的池鹽運往四川，供給川民食用。這兩項措施如果實行，將使人民的生產和生活遭到很大困難，所以當時弄得人心不安，而政府裏麵也是議論紛紜，不能作出最後決定。一天，宋神宗在同沈括談話的時候，提到登記民間車輛這件事，並征求他的意見。沈括先問宋神宗說：“請問征集車輛，準備幹什麼?”宋神宗回答道：“現在北方的威脅沒有解除，而北方民族多以騎兵製勝，我們非用車戰不足以抵擋，所以政府想征用民間的車輛，加強防衛。”沈括聽了，便向宋神宗解釋說：“使用車戰來抵禦騎兵的進攻是有利的，曆代都是如此。但是過去所用的兵車非常輕便靈活，速度又快，而現在民間所用的載運貨物的車輛，形式笨重，用牛挽車，一天走不到三十裏，而且一遇到雨雪便不能使用。所以這種車輛稱為‘太平車’，隻可以用於平時，用它來作戰會有什麼用處呢?”宋神宗聽了他的解釋，認為很有道理，並且說： “這一個問題大家爭論很久，可是對於這一個顯而易見的事實卻沒有一個人談到過。我一定要重新考慮。”接著他又提起川鹽的問題，問沈括應該怎麼辦。沈括說：“本來鹽是應該由國家專賣的，如果各地所產私鹽都能夠徹底禁斷，完全由國家專賣，當然是好的。不過應該考慮到在忠州(今四川忠縣)、戎州(今四川宜賓)、瀘州(今四川瀘州)一帶少數民族地區，小鹽井特別多，如果一下全部禁止生產，將會影響到當地人民的生活；同時，既然要嚴禁私鹽，就不得不增加許多關卡，這樣一來不但騷擾百姓，而且國家也要增加很多開支，其結果恐怕得不償失。”宋神宗很同意沈括這種看法。第二天便下令同時停止施行這兩項措施，從而避免了對民間的騷擾。
此外，還可以舉出下麵一個事例： 1074年(宋神宗熙寧七年)，當時沈括做河北西路察訪使(察訪案件的使臣)，兼判軍器監(管理兵器製造的官)的時候，宋朝政府為了防禦北方民族的侵襲，下令征用京城附近的民間馬匹。這一措施不僅給人民造成沉重的負擔，同時也是不切實際的。沈括就向政府提出建議，大意說：“北方產馬，所以北方各族人民多善於騎戰，這正和中原武士善於用強弓射擊一樣。現在我們如果舍棄自己所擅長的軍事技能，而勉強使用自己所不熟悉的騎兵戰術，怎麼能夠取得勝利呢?”他主張改進武器，以“射遠入堅”為標準，製造射程遠、殺傷力強的強弓利箭，並嚴格訓練士兵，提高射擊技術，以便隨時應戰取勝。他還重新詳定“九軍陣法”(九個軍團合成的陣式)，並且編著了一部《修城法條約》。他一共提出了三十多項關於改良武器和改進戰術的辦法，建議政府采用。
2出使契丹
北宋時期，我國北方境內契丹族建立的遼政權時常侵擾中原。1075年3月，遼派遣使臣蕭禧到宋朝來，要求重新劃定疆界，實際上是想借此要挾宋朝，侵占中原土地。蕭禧非常蠻橫，聲言不達到目的決不回去。宋神宗先派韓縝同他談判，雙方爭執不下，形成僵局。宋朝政府不得已，改派沈括代替韓縝繼續進行談判。沈括先到樞密院查閱了檔案，了解到過去雙方曾經議定疆界的情況。蕭禧堅持要求以黃嵬山(在今山西原平縣西南七十裏)為界，這就比以前議定的疆界線向南麵伸延了三十多裏。這種要求，顯然是無理的。沈括馬上把他所了解到的情況向宋神宗報告，宋神宗聽了非常高興地說：“別的大臣誰也不去追尋當時議界的本末，如果不是沈括，幾乎誤了大事。”於是就命沈括拿著過去議定疆界時所繪的地圖向蕭禧據理力爭。蕭禧自知理屈，推說自己不能做主，要求宋朝派使臣到遼去，繼續談判。宋神宗認為沈括很有外交才能，便把這個任務交給他。當時遼對宋的領土虎視眈眈，誌在必得。沈括在這種形勢之下出使，不僅任務非常重要，而且也是相當危險的。宋神宗對沈括的膽力和才能雖然是信賴的，但是也總還有些替他擔心。沈括臨行之前，宋神宗問他：“如果敵人威脅你，你打算怎麼辦?”沈括毫不遲疑地回答道：“我決定以死力爭，決不使宋朝的土地受到損失。”沈括在出使之前，為了作好充分準備，搜集了幾十件有關劃界的檔案資料，讓隨從人員預先一一熟讀，默記在心。當他到達以後，同遼相楊益戒舉行了談判。不論楊益戒提出什麼問題，沈括都叫隨從立即根據事實加以答辯和駁斥，把楊益戒弄得啞口無言。楊益戒老羞成怒，竟然用威脅的口吻對沈括說：“為了幾裏土地，你們就要同我們斷絕友好關係嗎?”他以為在他的威脅恐嚇下，沈括不敢再堅持下去，一定會讓步的。沈括卻毫不動搖，義正詞嚴的回答道：“現在的問題並不是宋朝要同北朝(指遼)斷絕友好關係，而是北朝不顧信義，威脅宋朝。一旦雙方發生戰爭，宋朝理直，北朝理曲，那時候失理的恐怕不見得是宋朝!”沈括同遼相先後舉行了六次談判，每次談判，遼方都聚集了一千多人旁聽，但是沒有一個人能夠駁倒沈括。最後，遼因為要挾失敗，而又不敢輕易發動戰爭，隻得讓步。沈括勝利而歸。沈括這次出使，不但沒有讓遼達到侵占宋朝土地的目的，而且也使遼知道宋朝朝中有人，不敢再像從前那樣輕視宋朝了。
沈括在出使契丹的時候，還在沿途隨時注意觀察北方的地理形勢。回朝以後，便根據他的觀察所得，製成了一幅《使契丹圖抄》，把遼的山川道路和風俗人情記錄下來，送給政府參考。
3防禦西夏
沈括不但是一個有才智、有膽識的外交家，同時也是一個出色的軍事統帥。公元1080年(宋神宗元豐三年)，沈括任延州(今陝西延安一帶)州官，不久又轉任鄜延路(今陝西延安一帶)經略安撫使，擔任這個地區軍隊的指揮官。陝西是宋朝西北方麵同西夏相鄰的要地。沈括到延州上任後，即積極整頓軍事，防備西夏的侵擾。他為了充實地方武裝力量，鼓勵當地青年練習騎射，凡是成績好的，他都親自斟酒慰勞。當地許多青年人在他的激勵之下，踴躍地參加軍事鍛煉，經過一年多的訓練以後，都掌握了一定的軍事知識和作戰技術。沈括在他們中間選拔了一千多名成績優異的人編入正式軍隊，從而加強了宋朝西北方麵的防禦實力。
當時駐在各地方的軍隊分為衛兵和鎮兵兩部分。衛兵是從中央政府派去的，因此比較受到重視，經常得到政府的賞賜獎勵。而鎮兵卻因為是長期駐守地方的，不能和衛兵享受同等待遇。沈括覺得這種不公平的待遇會直接影響到鎮兵的戰鬥情緒，削弱地方上的防衛力量。因此，他便不避嫌疑，大膽地用朝廷的名義拿出很多錢賞賜鎮兵，事後才向朝廷報告。宋神宗接到這個報告後，認為政府原來頒行的賞賜辦法是錯誤的，如果不是沈括相機變通辦理，一定會影響軍心士氣，所以不但不責備沈括，還特別允許他以後凡是來不及請示朝廷的事情，都可以按情況和需要自行處理。
沈括非常重視軍隊的紀律，對於犯了軍令的人決不姑息。有一次，宋朝政府派到西北前線去的一支軍隊開到五原 (今內蒙古自治區五原附近)時遇到大雪，糧餉一時接濟不上。帶兵官劉歸仁竟擅自率領士卒兩萬多人向南撤回，結果隊伍潰散，秩序大亂，當地居民非常恐慌。沈括得到消息，便到延州郊外親自阻止士兵繼續南潰，並加以安置。不到十天，潰兵便全部回到了隊伍。沈適把軍隊整頓以後，就把帶兵官劉歸仁問罪斬首。沈括這一鐵麵無私的堅決處置，對於整肅軍紀發生了很大的效果。
1081年(元豐四年)，西夏統治者發動了進攻宋朝的戰爭。沈括率領鄜延路的軍隊迎敵。由於他到任以後一年多的積極整頓和充分準備，軍隊的戰鬥力大為加強，結果在固上(今陝西境內無定河)大敗西夏軍隊七萬人，獲得全勝。在戰爭中，沈括曾親自作了凱歌數十曲，讓士兵們齊聲合唱，以激勵士氣。
4新法的積極擁護者和參加者
沈括除了作出如前所述的種種建樹之外，還是當時變法運動的積極擁護者和參加者。當時宋朝政府內以王安石為首的一派官僚，為了緩和地主階級和農民的階級矛盾，鞏固宋朝的封建統治，在政治上和經濟上實行了一些改革，主要是設法減輕一些人民的沉重負擔和苦役，以利於發展生產。這種改革，在客觀上對人民有一定好處，所以是進步的。由於變法運動直接損害了大地主的特權和利益，因此就遭到代表大地主利益的一幫守舊派官僚的猛烈攻擊，鬥爭非常尖銳。沈括在這一鬥爭中，堅定地站在進步派一邊，擁護新法，始終不變，並且親自參加了許多變法工作。
首先，他在王安石支持之下，作了不少改革舊製的工作。除了如前所舉的 關於“郊祭”儀式的改革之外，他為了使政府節約開支，減輕人民負擔，還製訂了限製各級官員日常副食品數量的規定，以及頒布各種命令的辦法等等新規定。這說明沈括在新法製訂過程中是起了一定作用的。
1073年(熙寧六年)，王安石向宋神宗推薦沈括到兩浙路(今浙江全省和江蘇東南部)調查農田、水利、差役等情況和新法實行後的效果，並且對宋神宗說：“沈括出生在農村，很熟習農村的情形，他能夠判斷利害，考慮問題很謹慎，很周密，一定能夠很好地完成任務。”從這裏可以看出，王安石對沈括是很了解很信任的。1074年，沈括和變法運動的重要人物章悼同領軍器監，掌管兵器製造的工作。他們奉皇帝的命令討論兵車製度，規定了兵車的式樣、大小和每一個零件的尺寸，交給軍器作坊製成新式的兵車。以上這些事實都說明沈括是變法運動中的一個相當重要的人物。
在王安石當權的時候，一般依附權勢的人都爭先恐後，要當王安石的學生，把投靠王安石當作光榮的事情。但是一到王安石被守舊派攻擊下台以後，這些人便馬上否認同王安石的關係，甚至有的還攻擊詆毀王安石。而沈括對王安石始終保持著深厚的友誼，對新法也始終表示支持。王安石被免去宰相的職務以後，曾有人問沈括：“自從免役法實行以後，批評、指責很多，一直到今天還是如此。究竟免役法對老百姓有利還是有害呢?”沈括毫不猶疑地回答道：“說免役法不好的，不過是那些豪門權貴和富人。他們本來就不負擔力役，所以他們的話是不足為憑的。至於窮苦的老百姓，自從實行免役法以後，他們的力役負擔大大減輕了，怎麼能說這個辦法不好呢?”
後來，沈括在寫《夢溪筆談》的時候，由於環境惡劣，他雖然極力避免評論當時政治的得失和當代人物的功過是非，但是在幾處提到王安石的地方，字裏行間，都流露出對王安石誠摯的敬意和親切的懷念。從這裏可以看出他們之間的友誼是有著共同的政治思想基礎的。
1081年沈括率領鄜延路軍隊在固上大敗西夏軍以後，次年九月，西夏統治者又以三十萬大軍圍攻宋朝西北要塞永樂城(今陝西米脂)。同時，以八萬大軍襲擊綏德(今陝西綏德)。沈括當時手下隻有一萬多士兵。因為他奉命力保綏德，所以不可能分兵去解救永樂之圍。結果，永樂失陷，宋軍二萬三千多人全部覆沒。永樂的陷落，沈括本無責任。但因這時王安石已經罷相，守舊派就借此機會攻擊沈括，給他加上一個“抗敵不力”、“處理失當”的罪名，降職為均州(今湖北均縣)團練使(武官名)。
沈括到了五十八歲的那年(1088)，便到潤州(今江蘇鎮江)隱居，稱他的住所為“夢溪園”。從此以後，他沒有再參加政治活動，而以全部精力來從事寫作。他的著名著作《夢溪筆談》便是這個時期寫成的。他在潤州隱居了八年， 1095年病逝，終年六十五歲。
關於《夢溪筆談》
沈括對自然科學的研究非常專心。由於他的辛勤努力，刻苦鑽研，終於在這一方麵獲得了輝煌的成就。
沈括是一個知識廣博的學者。他在自然科學、曆史、文學、藝術、政治、軍事各方麵的著作，見於記載的共有數 十種之多。可惜這些著作後來絕大部分都失傳了。幸而在他晚年的幾年隱居生活中，寫成一部《夢溪筆談》(以下簡稱《筆談》)。他的這部有名的著作，一直完整地流傳到現在。它不僅為我們介紹了我國古代勞動人民在科學技術方麵的成就，保存了豐富的極有價值的資料；同時也使我們了解到這位傑出的學者在科學上的貢獻和認真不苟的研究態度。
《筆談》共二十六卷，另有《補筆談》三卷，《續筆談》一卷，共六百零九條。涉及的方麵非常廣泛，內容極其豐富。下麵分別就自然科學、科學史、曆史和考古學以及文學、藝術這幾個主要部分略加介紹。
1沈括在自然科學方麵的貢獻
天文、曆法和算學沈括在自然科學方麵成就最大的首推天文、曆法和算學。
在天文方麵，據《筆談》記載，他曾連續用了三個月的時間，每天夜間用“窺管”(是“渾儀”的一個重要組成部分)觀測北極星的位置。他把初夜、中夜、後夜所看到的北極星的方位分別畫在圖上，一共畫了二百多幅圖。經過精心研究，最後他得出了當時北極星同北極的距離為三度多的科學結論。
早在東漢末年，我國偉大的天文學家張衡就曾對月亮的發光和盈虧原理作出了科學的說明。沈括在《筆談》中更進一步發展了前人的學說。他認為：月亮好像一個銀製的彈丸，本身是不會發光的，隻是由於太陽的照射，它才反射出光來。月初(陰曆)的時候人見太陽在月亮的旁邊，月光生於月亮的一側，所以看起來好像鉤形。到了月中，太陽距月亮的角度漸大，日光斜照著月亮，月光就漸漸顯得圓滿。如果我們把一粒彈丸塗上一半白粉，再從側麵看去，有粉的地方看起來就像鉤形；從正麵看去，便是正圓形。他的這種解釋在當時可以說是最接近科學原理的一種解釋，而且用彈丸來做比喻，也使人非常容易理解。
沈括對於虹和大氣的折射現象也有正確的解釋。他認為虹的位置同太陽的位置是相對的，所以傍晚時的虹便出現在東方。他引用了當時另一位科學家孫彥先關於“虹是日光照著雨點而發生的”的論點，來解釋虹是大氣的折射現象。這種解釋基本上是符合科學原理的。
沈括還發現，當太陽的光線通過大氣到達地麵時，在大氣中發生折射作用，從而得出結論說：人們在地麵上所觀察到的太陽方向同太陽本身的實際位置是不一致的，人們所觀察到的太陽高度要比太陽本身的實際高度大。沈括這一發現，在當時實在是一件了不起的創見。
在曆法方麵，沈括主張實行陽曆，就是不以月亮的朔望定月，而是根據節氣定月，取消閏月，也就是把一年分為十二個月，大月三十一天，小月三十天。實行這種曆法，就可以避免計算和安排閏月的麻煩，同時節氣也會更準確。這是一種很科學、很進步的曆法，當時如能采用，對農業生產是有很大便利的。但是由於保守派的反對，他的新曆法不僅沒有被采用，還引起了一陣惡毒的攻擊。沈括並沒有因此而動搖自己的科學見解。他堅決相信：他的這種曆法，以後是一定要被采用的。
沈括的新曆法當時雖然沒有實行，但是在他的援引和幫助之下，當時一位平民出身的曆算家衛樸得以進入司天監，擔任改革舊曆法的工作。經過五年的努力，衛樸完成了一部比前代曆法更為精密準確的《奉元曆》。這部《奉元曆》曾在宋朝頒行了十九年。
在數學方麵，沈括發展了《九章算術》(我國古代一部數學著作，彙集了漢朝以前的數學知識)以來的等差級數，創造了新的高級等差級數求總和的算法——“隙級術”。“隙級術”的推算方法，是把許多同樣的物體(如棋子、彈丸、缸、瓦盆等)擺成長方形，層層堆積起來，並且從上而下，每層在長、闊方麵各增一個。這樣，隻要知道頂層和底層的長和闊，以及堆積的層數，就可以求出物體的總和數。
另外，沈括還發明了“會圓術”，就是從已知的圓的直徑和弓形的高度來求弓形底和弓形弧的方法。
沈括的這兩種算法都是在我國數學史上的重要貢獻。
地理學和地質學沈括在地理學和地質學方麵也有很大的成就。前麵曾經提到，他在出使契丹回來以後，曾繪製一部《使契丹圖抄》。他還用麵糊調木屑和熔蠟製成地平模型。後來更進一步用木料製成立體模型地圖。這種模型地圖相當於現代的地形模型。宋神宗和一些大臣們看到以後，認為很有用處，就下令各邊境地區，都按照這種方法把各地山川險要製成模型，送到朝廷集中保管，以備有事時應用。
沈括繪製地圖，應用比例尺的辦法來表明地圖上的實際距離。他在地圖上把一百裏縮成二寸，繪成一部“天下郡縣圖”，同時又把全國郡縣的位置用文字詳細準確地記錄下來。這樣，即使地圖遺失了，還可以根據記錄重新繪製。沈括所用的這種繪圖方法是很科學的。我們現在用的一般地圖，除了測量地形用的儀器比以前更精確和利用經緯線以外，基本原理和沈括所用的並沒有什麼不同。
沈括在地質學上也有同樣正確的認識和精辟的見解。例如他在《筆談》上說到，浙江的雁蕩山山峰峭拔險怪，上聳千尺，但都包在山穀之間，從嶺外遠望，一無所見，必須深入穀內，才能看到。他經過細心的觀察和研究，得出結論說，雁蕩山的這種特殊形狀是由水的浸蝕作用造成的。他又由此聯想到聳立在陝西黃土高原上的那種高達百尺以上的土峰，也認為是由於同一原因形成的，所不同的不過是一是黃土一是岩石罷了。
有一次，他因公事到河北路經過太行山，發現山崖的許多石壁上有很多螺蚌殼和鵝卵石。因此他就推想到這一帶在太古時代一定是海岸。他的這種推想，是符合科學原理的。證實了河流的衝積作用和海陸變遷之間的因果關係。
沈括在延州的時候，曾在數十尺深的地下發現了一種很像竹子的化石。他同時又注意到在當時的氣候條件下，延州是不會產竹子的。因此他根據這一情況推想到古代延州地方的氣候可能比當時溫暖而濕潤。雖然他所見到的化石實際上並不是竹子而是一種古代的蕨類植物——蘆木，但他能從一塊化石上麵發現古今植物生長條件的差異，從而進一步推想到古今氣候的不同。由此可見，他對自然現象的觀察和研究是多麼細致認真。
關於地形和地麵的高度對植物生長的影響，沈括也有正確的認識。例如他曾經觀察到，同樣一種植物，生長在平地上三月開花，而生長在深山裏就要到四月才開花。他還引用了白居易寫的“人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開”這句詩來說明這個問題。同時他還了解到江南和北方桃李開花的時間也先後不同。根據這種觀察，他認為不同的地區、不同的地形和不同的氣候對植物生長是有很大影響的。這種解釋也是合乎科學原理的。
沈括還發現延州一帶有石油礦。石油點燃後發煙很濃，用石油煙製成的墨，墨色和光澤要較一般用鬆煙製成的墨好得多。因此他曾大量地用石油煙來製墨。他並且預料到，後世一定會大規模地采用石油作為燃料，因為石油的蘊藏量是非常豐富的。在沈括以前，人們管石油叫“石液”或“石漆”，最早使用石油這個名稱的，乃是沈括。
磁學和光學《夢溪筆談》還記載了一些有關磁學和光學的知識。我國古代勞動人民在很早的時候就發現了磁石和它的指極性，並利用來做指示南北的工具。漢朝的“司南”是用天然磁石琢成的一個勺形體，勺底是球麵體，放在銅製的地盤上，可以靈活地轉動。但這種“司南”隻適於在陸地上使用，不適用於航海。沈括除了用磁石磨製鋼針，製成了人造磁性指南針之外，還在《筆談》中介紹了自己所發明的支掛指南針的四種不同的方法：第一種是浮在水麵上；第二種是擱在指甲上；第三種擱置在碗邊上；第四種用絲懸掛著。四種方法以懸絲法最為完善，最適宜於在動蕩不定的海船上使用。他還發現指南針所指的方向不是正南而稍微偏東的現象，這就是現代物理學所稱的“磁偏角”。
在光學方麵，沈括也有重要發現。當他看見凹麵鏡映入的物體呈現倒影的現象後，他便進行以下的反複試驗；用手指對準鏡麵，鏡麵上映出的是正像；但是當他把手指向後移到焦點上的時候，鏡麵上的影像就看不見了；然後他再把手指離開焦點逐漸向外移開，鏡麵上便出現了倒像。他又進一步從天空飛鳥的影子移動的方向發現了類似的現象：飛鳥映在地麵上的影子，本來是朝著飛鳥飛行的方向移動的，如果把窗子穿一小孔，光線射到鳥身上，再穿過小孔，照在室內壁上的鳥影移動的方向同鳥飛的方向正好相反。他還發現，樓塔的影子經過窗上小孔透入室內也呈現出倒影。他還用凹麵鏡做過向日取火的實驗。沈括通過這些實驗最後得出了光線通過小孔同焦點形成“光束”的光學原理。
醫學和藥學沈括對於醫學、藥學、生物學，特別是藥用植物學也很有研究。
在醫學方麵，他批判了以前醫書上關於人體解剖學方麵的錯誤。古人由於缺乏解剖學知識，誤認為人有三喉，即食道、氣管、水喉，並且認為食物經過食道便進入腹腔，因而有的藥品吃下去便會粘著在肝和肺上。沈括在《筆談》中指出了這種說法的錯誤。他說：“人隻有咽(食道)和喉(氣管)，食物經過食道先到胃裏，然後再到小腸、大腸。所以藥品絕不會粘著在五髒上。”這個道理在今天看來，隻不過是一個普通的常識問題，但在當時醫學上卻不能不算是科學的見解。
沈括還深通醫理藥性，對於我國生藥很有研究。在《筆談》和《補筆談》中就有兩卷是專門談藥品的。他指出了我國古代藥典中的許多錯誤，並把許多重要藥用植物的名稱、形態、功能重新加以訂正，使患者不致因用藥的錯誤而貽誤治療甚至喪失生命。他在這方麵的貢獻是很有價值的。
2沈括在科學技術史方麵的貢獻
《筆談》中還保存了許多有價值的科學史資料。最主要的是關於活字板印刷術、水利和建築方麵的記述。
沈括在《筆談》中對北宋平民畢昇發明的活字印刷術有詳細的介紹，畢昇在慶曆年間(1041～1048)創造了活字板印刷術。根據《筆談》的記載：方法是先用膠泥刻字，每字為一印，放在火裏燒得很堅固，然後用一塊鐵板，上麵塗上一層蠟質，再把一個鐵範放在鐵板上，鐵範裏排滿膠泥製成的活字。活字排滿一版，就放在火上烘烤一下，使蠟稍微熔化變軟，然後用一平板壓在活字印上，等蠟凝固後，字印全部平如磨刀石一般，即可以進行印刷。印時，可用兩塊鐵板輪流排版。采用這種方法，如隻印兩三份，並不算省事；但如印千百份，便顯得非常神速了。《筆談》這一段記載，是我們今天對於畢昇的活字板印刷術的設備和使用情況所能得到的唯一詳盡的資料。我們今天還能夠這樣清楚地了解到一千多年前這一偉大發明的情形和具體操作方法，這不能不歸功於沈括。
在水利和建築方麵，沈括對於前代或當代勞動人民的成就是非常重視的，在《筆談》裏有許多關於這方麵的記載，下麵舉兩個例子：
北宋慶曆年間，黃河在商胡(今河南濮陽東)決口，由三司度支副使(管理財政的副長官)郭申錫率領河工搶修，河堤雖已大部修複，但不能合龍。當時有一位名叫高超的工人認為所以不能合龍的主要原因是因龍門堤身太長。他建議把堤分成三節，先下第一節到底，然後再壓第二、第三節。他的這項極有創造性的建議，當時卻遭到一些工人和督導官的反對。後來郭申錫因河堤始終無法合龍受到降官處分。最後還是采用了高超的方法，才使河堤合龍。
北宋初年有一位技術非常高明的建築師喻皓，曾總結了木構建築工程的經驗，著成《木經》三卷。這部重要的古典技術著作，由於在封建社會中勞動人民的勞動成果得不到應有的重視，久已失傳。幸而沈括在《筆談》中對它作了扼要的介紹，才使這位古代建築家能夠在我國古代建築史上留下了他的名字。
3曆史學和考古學
沈括在《筆談》中還記錄了一些重要曆史事件的真實情況，特別是對於公元993年四川王小波、李順所領導的農民起義有一段比較詳細的記述。他在這一段記載中以生動、凝練的文字記下了起義軍的進步政策和嚴明的紀律。他寫道：“李順初起義的時候，召集下鄉裏中所有的富人、地主，命令他們交出所有的財物和糧食，除一部分留給他們作生活費以外，其餘的全部用來救濟貧窮的人。對於有才能的人加以錄用，對於善良的人加以保護。起義軍紀律嚴明，所到的地方，秋毫無犯。當時四川災荒很嚴重，十天之內，參加起義軍的就有幾萬人。凡是起義軍經過的地方，老百姓自動開城請起義軍進去，以解救他們的痛苦。起義軍檄文所到的地方，敵軍紛紛瓦解。後來起義軍失敗了，人民還非常懷念李順。李順隱藏在民間三十多年，沒有被統治者發現……”從這一段文字中，我們可以看出，沈括本身雖然是封建統治階級中的人物，但是他對於農民起義的記載還是比較真實的。封建王朝編修的曆史書上，都說李順失敗後即被逮捕殺害；在其他一些私人著作中也從未見到關於李順事跡的正確記載。隻有沈括揭露了這一事實的真相。
沈括同時又是一個金石、考古學家。他在《筆談》第十九卷對於他所收集到或見到的古器文物作了詳細的記述。特別值得提到的，是關於我國古代著名文物“透光鑒”的記載和說明。“透光鑒”的製作是我國古代勞動人民利用物理學原理創造的一種特殊的製鏡技術，有極高的技術水平和藝術水平。據《筆談》所記，鏡用銅鑄成，背麵有凸起的花紋和文字，正麵是磨光的。用鏡麵對著日光，鏡背上的花紋能夠清楚地反射在牆壁上。對於這一個現象，沈括還作了比較科學的解釋。他說：“鑄鏡時，在冷卻的過程中，薄的地方(沒有花紋的地方)先冷，厚的地方(有凸起花紋的地 方)後冷。先冷的地方和後冷的地方，銅的密度不同，因此反射光的能力也不一樣。所以磨光的鏡麵可以把花紋反射到牆壁上。”
此外，他在《筆談》中對於許多出土文物的時代、形狀、文字、花紋及古代的服裝、度量衡製度等，都加以詳細的考證。他在這方麵所付出的勞績，對於宋朝新興起來的考古學的發展，起了很大的推動作用。
4文學、音樂和美術
沈括長於詩詞，著有《沈存中詩話》一書，可惜已經失傳了。《筆談》這部書不但敘事明確，邏輯性很強，而且文字生動、簡練、優美，富有文學色彩。因此，雖然他的其他文藝作品都已失傳，我們也還可以從《筆談》這部書中看出他在文學方麵造詣之深。
沈括對於音樂和美術都有很深的愛好。《筆談》卷五專論音樂，卷十七專論書畫。他對古代音樂理論、樂器的製作和使用方法以及少數民族的音樂都有精心的研究，而且還會作曲。他曾寫過《樂論》、《樂器論》、《三樂譜》、《樂律》等四部著作，但是這些著作也都失傳了。
他又是一個很好的藝術批評家。他曾指出，當時有一派畫家所畫的山上亭館、樓塔、屋簷等等，看起來好像都是以從下向上仰視的角度所畫出來的形象，從整個畫麵來說，這種角度是不對的。因為觀畫的人並不是置身在畫境之中而是站在畫麵之外，不是仰視而是平視，有如觀看盆景中的假山一樣。他認為如果從下而上仰視的角度來看，隻會看見一重山或一幢房屋。因此，前麵說的那種畫法顯然是不對的。他又記載了五代時畫家董源和巨然(一個和尚的名字)的畫法。他說他們多畫江南山水，這種畫的特點是要在遠處看而不要在近處看，近看時幾乎看不出畫的是什麼，遠看的時候，就會看出畫麵上的景物美妙逼真，使看畫人發生一種身臨其境的感覺。
沈括在學術上所以能取得如此高的成就，是和他的研究態度、研究方法分不開的。他在進行科研工作時重視實踐，不單純依靠理論，不迷信前人，對於勞動人民的生產經驗很重視，他經常虛心地向勞動人民請教，即使是一點一滴的知識他都非常誠懇地去學習。這樣，他才能把人民長期積累下來的勞動成果，總結概括成為科學的理論。
以上所舉的一些例子，隻不過是《筆談》一書的簡單輪廓。《筆談》廣泛地包羅了各方麵的知識，但最主要的是關於自然科學方麵的研究成果的記錄。有人把《筆談》這部書稱作中國科學史上的“坐標”，它確是能夠當之而無愧的。
《筆談》不隻是沈括個人一生辛勤研究的結晶，也是我國勞動人民千百年來積累下來的科學經驗的總結。它無疑是祖國文化寶庫中的一顆明珠，至今還閃爍著燦爛的光輝。我們珍視這顆寶珠，同時也深深懷念著把它留給我們的古代傑出科學家沈括。但是《筆談》並不是絲毫沒有缺點的。由於時代的限製，這部書也同古代其他許多筆記一類的書籍一樣，用了相當的篇幅記載了許多迷信荒誕的故事。不過以《筆談》的巨大成就相比較，它的缺點還是瑕不掩瑜的。
偉大的博物醫學家李時珍
我們的祖國是一個偉大的文明古國。在古代，一直到19世紀以前，我國的科學文化，都是居於世界最前列的。
就醫學而言，我國醫藥學已經有數千年的曆史了，而且內容十分豐富。在近代西醫還沒有發展起來以前，中醫是具有世界先進水平的。它向外傳播，在世界上有著十分重大的影響。許多東方國家像朝鮮、日本、越南、東南亞各國的古代醫學，都明顯地受到中醫的影響。
在古代中醫發展的過程中，出現過許許多多有名的、傑出的醫學家，有的具有世界性的影響。
由於中醫的理論體係獨特，其他國家的文化與我國有很大差別，不易為外國人所理解。唯獨中藥學這門學問，其所研究的對象是自然界的動物、植物和礦物，其內容很容易為人們所接受。古代的中藥學叫做本草學，研究的是自然界的各種事物，所以又稱為博物學。
我國古代的博物學是世界聞名的。其中，明代的本草學家李時珍及其代表作《本草綱目》為世界科學界所推崇。英國的科技史學家李約瑟和魯桂珍博士稱李時珍為世界上“偉大的博物學家”，是博物學界的“無冕之王”；生物進化論奠基人達爾文曾引用李時珍著作的內容，並把它列入“古代中國百科全書”。李時珍被世界科學界認為是可以與哥白尼、伽利略等並列為科學界的偉人。
誌在從醫
李時珍是蘄州人，就是現在湖北省的蘄春縣人。
他的父親叫李言聞，又名李月池，是一名遠近聞名的醫生，家中常有不少病人來求診。李言聞在平時常上山采藥，李時珍小時候也經常跟隨父親去采藥，抓螞蚱、蝴蝶，玩玩花草。
李言聞也很有學問，他不但收藏許多醫藥方麵的書，還收集一些古代的經書。不僅如此，他自己還有著述，他的著作有《艾葉傳》、《人參傳》、《四診發明》等等。
生活在這樣一個環境中，李時珍從小就受到醫藥的熏陶。他同情那些被病魔折磨的患者，喜歡那些芳香的藥草味，對做一個醫生十分向往。當他看到患者經他父親調治痊愈以後，自己心中有說不出的欣慰和羨慕。他渴望自己將來也能做一個濟世救人的醫生。
可是，李言聞卻不這麼想。他盼望李時珍能步入官場，為自己的家庭爭得榮譽，所以從小就督促李時珍讀書。儒家的“四書”、“五經”是必讀的，有些還要求背誦爛熟。當時社會上實行的是科舉製度，就是通過考試，選擇其中統治階級認為優秀的人去做官。
盡管李時珍的誌趣不在官場，而是在醫藥這門學問上，但他當時還很小，隻是個剛剛懂事的孩子，他還不敢與父親的命令拗抗，硬著頭皮讀下儒家那些經典著作。他天資聰穎，雖覺乏味，卻也都記了下來，並且能靈活運用。
13歲那年，父親帶他到黃州參加考試，果然一試命中，得了個“秀才”。父親十分高興，更加起勁地督促他深入讀書。可是李時珍卻愈覺厭煩，也無心再深造了。他16～19歲曾兩次到武昌參加中級水平的考試，都失敗了。
就在這個時候，李時珍也得了骨蒸勞熱病，發燒、咳嗽不止，人也日漸消瘦。他苦苦哀求父親，不要再迫他讀那些枯燥的八股文了，他願做一名繼承父業的醫生。
父親看到這般情景，也不忍心再迫逼他，隻好答應他的要求。他一方麵用自己高超的醫術，親自為兒子調理，一麵安慰他。李時珍心情也逐漸開朗起來，不多久，病也痊愈了。
經過這一番曲折的經曆，李時珍開始步入醫藥職業的行列了。
讀書、實踐與著書
自從得到父親的諒解和同意之後，李時珍的心情就一天天好起來。他不喜歡四書五經，並不是不愛讀書，而主要是那時候的讀書目的不明確，覺得沒有“奔頭”。
現在，為了當一名為病人解除疾苦的醫生，他拚命的讀起書來了。他不但複習了以前讀過的四書、五經，還廣泛涉獵其他能看到的書，其中包括小說、稀奇古怪的故事、寓言等等。與此同時，他也開始脫離隻是幫父親抄抄方子的階段，而進入獨立處理病人的階段。每當他有不夠了解或無法解決的難題時，他才去向父親討教。每當他自己治好一個病人時，他心中那種寬慰的心情，就更無法形容了。
不過，隨著時間的推移，李時珍的興趣開始發生了變化。小時候因與父親上山采藥，所以對大自然的一草一木，一山一水，一蟲一獸，他都感興趣。但他對治療病人所用的藥物，比對疾病的興趣更濃一些。為了滿足自己這方麵的興趣和誌願，李時珍開始閱讀古代那些專門論述自然界各種事物的書籍，像《山海經》、《爾雅》等，都是他閱讀的重點。有些專門論述自然界花草蟲獸的書，像《竹譜》、《香譜》、《菊譜》、《獸經》、《龜論》等等，以至於曆史書、地方誌、小說、煉丹書、藥方書、筆記、傳記、博物誌……他都感興趣。換句話說，隻要他能看到的書，他就要拿來看。他還邊看，邊摘錄，邊做筆記和寫心得。
就這樣，他在家中關門讀書達十年之久，據說連大門也不出。他十年內讀書多達800種。這個數字現在看來不算太多，但在四五百年前的明代，是一個很了不起的數字。他在27歲那年，還以醫術高明，被推薦入朝，在北京當上了太醫。這對他自己來說，倒不是什麼值得引以為自豪的事，但他自己倒覺得這是讀書的好機會。這是因為，在當時那種條件下，有許多寶貴的好書，在民間根本看不到，隻有在朝廷的藏書處才能看到。李時珍正是利用這個機會，收集到許多十分寶貴的醫藥資料的。
李時珍知道，書本上的知識是前人的親身經曆所記載下來的十分寶貴的資料，但他自己也覺得這些資料可能會存在不少不正確、甚至是錯誤的東西。例如，梁代陶弘景的《本草經集注》“亦多謬誤”，唐代的《新修本草》“亦多駁誤”，而宋代唐慎微著的《證類本草》也常常“草木不分，蟲魚互混”。他還舉出一些例子，如他指出書中把“萎蕤”和“女萎”混為一種藥物，其實前者是草本，後者卻是藤本植物；而前者是補益性的藥，後者卻是排濃、消腫的解毒藥。更為嚴重的是把有毒的鉤吻誤當成能補益身體的黃精。這些都是嚴重的錯誤。
李時珍深深知道，醫藥是人命關天的大事，如稍一不慎，用錯了藥，那就會是害人而不是救人，這種事是醫生所絕對不許可出現的。神聖的責任感，促使李時珍立下誌願，要重修一本新的本草書，也就是中藥學著作。
在李時珍以前，曆代的本草學著作，重要的就有四五十種。他為了超過前人，除深入鑽研前人的本草書和參考其他各類著作以外，還重視實踐，用親身經曆的第一手資料來補充前人的不足，糾正前人的錯誤，發揮自己的新知。
在廣泛閱讀前人著作的基礎上，他決定到自然界去，做實地調查，親自實踐。他除了在自己家鄉各地巡遊學習、為人治病以外，還不辭辛苦，跋涉萬裏，足跡踏遍幾乎大半個中國，包括河北、江蘇、湖南、安徽、河南等地。通過實地考察，獲得了可貴的第一手資料，這就大大增加了寫作的科學性。
李時珍就是這樣，前後用了近30年的時間，讀書、實踐、實地考察，最後投入著作。他把自己的著作取名《本草綱目》，全書52卷，190萬字左右，書中共收藥1892種，其中374種是前人沒有提到過，由他新增加入本草書的。書中還繪有藥物圖1000多幅，治病驗方10000多個。
由於書的篇幅過大，刊刻出版困難，直到他去世以後3年才得以出版。
實事求是的科學精神
為了研究每一種藥物的效用，使讀者能得到正確的知識，並在臨床時準確地應用這些藥，李時珍除了大量查閱前人已取得的成就並加以利用外，他還對自己認為尚未研究清楚，或還存在疑問的地方，都認真負責地進行調查、研究、分析，最後才得出應有的結論。
為了證實魚類有發聲的功能，他特地到海邊向漁夫請教學習，終於獲得了這方麵的知識：漁人們總是認真傾聽水中的聲音，如果聲音如雷聲轟隆隆，這就是石首魚群來了；如果水中發出軋軋聲，那是黃顙魚群的聲音。
為了證實獵人捕蛇的方法，並看看白花蛇身上的花紋的結構，他特地去拜訪獵人，並與獵人一同去捕蛇。他看到獵人在石南藤下麵鋪上沙堆，等白花蛇爬過來盤在沙堆上，便用叉子把蛇捕住。他親自把蛇翻來覆去地看了一遍，證實這種蛇身上的確有24塊方格的花紋。
古代有一本書叫《詩經》，在描寫一種細腰蜂的生活時，寫下這樣的詩句：“螟蛉有子，蜾蠃負之，教誨爾子，式殻似之。”這首詩說的是一種細腰蜂(蜾蠃)，又叫做蒲蘆，自己不會繁殖後代，它總是到螟蛉這種昆蟲的窠裏，把螟蛉子銜到自己的巢裏，並且會念念有詞，不久就把螟蛉都變成自己的後代，變成小蜂，用這種方式來繁殖後代的。
這段詩經故事，曆代有許多爭論：一種意見認為《詩經》所說的就是事實；另一種認為這是錯誤的，螟蛉不可能變成細腰蜂。在曆代本草學家中，也有這兩種意見在爭論。梁代的陶弘景主張後一種意見，而宋代的蘇頌則是前一派的擁護者。作為一個本草學家，如何解決這個爭端，證實和判斷哪一種意見是對的，李時珍采取認真的態度，親自到細腰蜂的蜂巢裏去解剖，打開蜂巢。他發現：在蜂巢裏，有很小的小蜂，它們把螟蛉蟲咬住、撕碎，並且把蟲子咽下去。原來，它們是在吃蟲子，把蟲子作為自己的糧食。李時珍說：我“屢破其房”，也就是不止一次地破開蜂房，來證實細腰蜂自身具有繁殖後代的能力，從而否定了《詩經》的說法。而古代把那些自己沒有孩子的人，向別人要個孩子撫養的義子，稱為“螟蛉子”的說法，當然也是基於錯誤的認識的。
為了證實鉛對人體是有毒的，李時珍曾親自到鉛礦井，與工人一起下井采礦。他還看到采礦工下井以前，總是先吃許多肥肉、狗肉，並喝一些酒，然後才下井去采礦。礦工說：如果空著肚子下井，必然會中鉛氣的毒，日久就渾身癱瘓，麵色發黃，貧血而死亡。李時珍把親自見到的情況記了下來。
像這樣的記載，《本草綱目》多不勝數。過去好多本草學家都沒有這樣認真負責的精神，所以不是記得不確切，就是缺乏記載。李時珍在這方麵大大超過了前代的本草學家。他記載了礦工常發生汞中毒，煤礦工人發生煤氣中毒的症狀都十分確切，這些在我國是最早的記載。
然而，一部載藥1892種的大部頭的本草書，一個人是不可能樣樣都親自去實踐和試驗其功效的，更何況其中還有不少是域外、異國的物產，更無法去一一檢驗。對於這類問題，李時珍隻好如實地加以記錄，並提出個人的見解和建議。
如有一種藥叫麻勃，古書上說凡患疔瘡的人忌見到這種麻勃，如見了就會死去。李時珍對此表示懷疑。他說，不知為什麼這種病人不能見麻勃，這是“理不可曉”。
古書上記載兩種植物，一種叫白龍須，一種叫萬纏草。這究竟是些什麼東西，李時珍自己根本弄不清，他知道這是古人有時故意給植物起的暗語，所以他說：“二樹名皆隱語，無從考證。”他不敢隨便亂猜，不懂裝懂。
還有一種奇怪的說法，說金剛石是“鷹隼”把沙子吃進肚子後，然後由糞中排出，在河北的沙磧石間變化而成的；還有一種叫“撒八兒”的東西，是玳瑁這種動物遺精在水中，被蛟魚所吞食，經過多年才結成的……對這些稀奇古怪的東西，多數都是外國傳過來的說法，是無法肯定其真假的，李時珍隻好說，這些事“無所征詢”，但對它也不敢隨隨便便就加以否定，隻好說“理外之事，容或有之”，也未可知，隻好留待以後搞博物學的人進一步證實，再加以肯定或否定了。
李時珍這種實事求是的精神，表現出一個自然科學家所應具備的高貴品質，很值得我們大家學習的。他的著作之所以有很高的科學價值，為人們所推崇，這也是其中的一條理由。
為科學而獻身的勇氣
從事自然科學研究，需要親身實踐，進行科學研究，才能取得第一手資料。在某些學科，親身的實踐有時是需要冒一定的風險的。例如搞化學試驗，有時會起火、爆炸等等，沒有犧牲精神和勇氣，是不可能取得真知灼見的。
對一個本草學家來說，同樣存在這樣的問題。
李時珍曾經說過，要取得正確的知識，需要親自實踐，絕不能道聽途說。例如有一種藥叫蛇床，對男人、婦女都有補益作用，而且是比較普通易得之藥，但一般群眾不願用它，而隨便聽人介紹，舍近求遠另用它藥。李時珍批評這種做法是“賤目貴耳”，就是隻相信別人的話，而不相信自己親眼所見。曆代對它也有很多說法，他引述了曆代所說的薸、莕、金蓮等不同說法，指出古代之所以這樣眾說紛紜，沒有一定說法，是因為他們“惟據紙上猜度而已”，這種主觀的猜度根本要不得，也是解決不了問題的。李時珍解決這種紛爭的辦法，是親自去實踐，“一一采視，頗得其真”，通過對每一種植物的采集，加以比較，才得到真實的結論。他對於那種胡亂猜度、道聽途說的做法，痛加批判，認為那種做法，不足以效法，“殊無指歸”。
有些藥物的作用，需要親身去實踐，如他對鯪鯉(即穿山甲)，曾經自己做過解剖，以觀察它是否真的是以螞蟻為食，結果發現這種動物胃中果然是充滿了螞蟻。他就是用這種親眼所見，親手所做來加以檢驗的，所以他的著作具有很高的科學性，道理就在這裏。
更為可貴的是李時珍還以自己的身體去檢驗某些藥物的藥理作用。這是需要有獻身科學的精神才能做得到的。
有一種叫羅勒子的藥物，據記載可以把眼睛中的異物移去，其功效究竟如何呢?是真是假，李時珍決定做試驗。他先用一個碗，碗中放些水，把羅勒子放在碗中，不多一會兒，羅勒子即吸水膨大，形成一層膜，這就說明了它在眼中也能把眼淚吸收起來，這層膜就會吸住異物，所以它確有這種作用。後來他還用自己的眼睛做了試驗，效果的確不錯。
李時珍的獻身精神還不止此。用藥試眼，最多眼睛受病。他還曾試驗一種藥理作用極劇烈的曼陀羅花。曼陀羅花具有麻醉作用，飲用後有如酒醉，可以用來做麻醉藥，開刀做手術，都沒有問題。古書上曾經說過，曼陀羅花湯喝下去以後，人就會感到像酒醉一樣，不由自主地又笑又鬧，手舞足蹈。究竟是不是這樣，要喝多少才能達到麻醉的程度呢?當時沒有現成的經驗可循，隻有自己親身試驗，才能知道多少藥量合適。麻醉藥有一個特點，就是麻醉用量與中毒用量常常相差不多，也許就是一滴之差，多一滴即可使人中毒，而少一滴即有麻醉作用。李時珍深知，這個試驗不能在病人身上試驗。病人有病，已經很痛苦，身體也弱，不能再經受折騰，他決心自己親自飲藥試驗。
他是知道用藥的危險性的，但為了把藥量藥性搞清楚，“不入虎穴，焉得虎子”，他親自試驗了。藥量一點一點地加，他自己也以身體的感受來判斷用藥量，最後，他終於弄清了這種藥的用量，要達到“半酣”，也就是半醉的狀態，人就會不自覺地手舞足蹈，歡笑而不自主。
李時珍成功了，他用自己的身體，把這種麻醉藥的用量弄清楚了。
偉大的科學成就
李時珍學問淵博，對博物學有深入的研究，其中有許多成就是具有世界水平的。
就《本草綱目》中對藥物的分類來說，在當時是具有世界先進水平的。中藥的分類最早是漢代《神農本草經》的三品分類法，就是把藥物分成補養作用(無毒)、治療兼補養作用及治療作用(有毒)三類，叫上、中、下三品。這些方法比較原始，也比較籠統。到梁代的《神農本草經集注》，就改成按藥物自然屬性把藥分成七類，即玉石、草木、蟲獸、果、菜、米食、有名未用等，這就比以前進了一步。生物學家發展史表明，分類的情況在一定程度上代表著該學科的水平。經過近千年的進步，李時珍在藥物分類學上取得了極大的進展。他把1892種藥分成16部62類。就植物而言，他把1195種藥分成5部30類，其中包括草部(分山草、芳草、隰草、毒草、蔓草、水草、石草、苔、雜草)、穀部(分麻麥稻、稷粟、菽豆、造釀)、菜部(分葷辛、柔滑、水菜)、果部(分五果，山果、夷果、味果、水果)、木部(分香木、喬木、灌木、寓木、苞木、雜木)等。植物的分類法，在《本草綱目》表現出相當高的科學性，例如他已經把桔梗科的沙參、桔梗編排在一起；把傘形科的柴胡、防風、獨活排在一起；把薑科的高良薑、豆蔻、白豆蔻、縮砂密、蓋智子排在一起；還把菊科的菊、野菊、蓍、艾、千年艾、茵陳蒿、青蒿、黃花蒿、百蒿排在一起；把蓼科的蓼、水蓼、馬蓼、葒草、毛蓼排在一起。這樣的排列法，說明李時珍已經對植物的自然分類法有較深入的了解，有較高的科學水平。國際科學史界有人把他的這種科學分類法，與18世紀植物分類學家林奈的分類法，也就是現在通用的拉丁雙名分類法相提並論。雖然林奈的分類命名比較科學，但林奈最初的分類，僅僅有12頁的《自然係統》，還不如《本草綱目》高明，而且比李時珍晚了140多年。
最值得提出的是，李時珍在動物分類學及遺傳學方麵的成就。在《本草綱目》中，李時珍共記載動物藥444種，占全部藥物的234%。他把這些動物藥分成蟲、鱗、介、禽、獸和人這幾部。為什麼要這樣分，必然有一個主導思想。李時珍對這個分類法，有他自己的原則，認為這是“由微至巨，從賤至貴”。微與巨，可能是指動物機體體積的大小，從小小昆蟲，直至哺乳動物等巨大的獸類。這裏的賤與貴最值得注意，它並不是指動物的經濟價值的貴賤，也不是人們思想中關於貴與賤的含義。
大家都知道，在封建社會裏，龍與鳳在人們思想中是至貴的生物，皇帝自比為真龍天子，要穿龍袍，睡龍床；而皇後則比為鳳凰，這樣才能龍鳳匹配。舊小說還認為龍是一種神物，能嗬氣成雲，甚至呼風喚雨。如果是用這個意義上的貴賤而言，則龍、鳳應當排列在諸動物的榜首，但實際上《本草綱目》把龍列在鱗類，而比龍應該說低一等的鳳，書中把它列為禽類。
再看看猩猩，當時認為猩猩隻是一種與鸚鵡相仿，隻會學舌的動物。但李時珍卻把它列入獸類，而且是獸類中最高的寓怪類。至於人本身呢，李時珍把人列在動物中最高的一級，專立“人”一部。
由此看來，他所說的“貴賤”另有所指，不是指動物的經濟價值，也不是指人們思想中所認識的貴賤。那又是指什麼呢?
我們具體看一下各類中都有什麼動物。蟲類都是一些微小的昆蟲，鱗則是魚類，介類中有爬行動物，也有兩棲動物；禽類則是指飛禽包括雞、鴨、鳥等等，獸類幾乎都是哺乳動物，最後是萬物之靈的人類。
由此看來，李時珍所說的貴與賤，是指動物在智力進化及生物高低方麵的貴賤。他排列的這個順序，與達爾文生物進化論中關於動物進化順序的排列幾乎不謀而合，除了具體到每一種動物，可能有歸類不當之處外，從總體上說，李時珍的排列正好符合生物進化的順序。
由此，人們可以得出這樣的結論，李時珍在動物學的研究上，已經具有了生物進化的思想了，至少已有了生物進化思想的萌芽。李時珍較達爾文早二三百年，他的這種思想在生物學上是非常先進的。
李時珍還對生物環境的適應，有相當深刻的認識。他十分重視環境對生物，尤其對動物的影響。如地域、氣候對生物的影響，他早就注意到了。如說天方國的罌粟花到7～8月以後，其皮還是青色的，他指出這是地域方土差異的結果。他指出百穀在中國九州內，其性質都不一樣。而魚類的顏色及其習性，生活在清水和濁水、流水和止水的都不一樣。
有些動物為適應環境，其身體的結構與環境有密切關係。比如生活在山中的鳥類的尾巴長而鳥喙短，而生活在水上的禽類則相反，尾巴短而其喙長。魚的鱗與水波粼粼是相適應的，他甚至說魚的鱗就是這樣起的名字，也就是清澈的水中，塊塊小石清晰可見的意思；又指出鳥類因為棲息在樹林裏，因此，它們的羽毛就與樹葉片片相似；獸類身上披著的是毛皮，這是因為獸類動物都穴居山中，所以這些毛都與草相像。這些都是動物與環境相適應的結果。他把這種現象概括地說成是“毛協四時，色合五方”，也就是動物的外態形色，都與時間，地域的變化不同相適應。
對於生物的遺傳現象，李時珍也已經有所認識。我們經常碰到這種情況，有些人才20多歲，頭發已經布滿銀絲，滿頭花白了，我們稱之為“少白頭”。有些人說這是未老先衰，也有的說這是用腦過度，說法不一。其實，對這種現象李時珍早就有了解釋。他說一個人的頭發變白，有遲有早，有的老了才白，有的少年就白了，這些現象與人的壽命長短沒有關係，而是由於“祖傳及隨事感應而已”。這裏，他已經涉及了白發發生的兩個因素：一個是“祖傳”，也就是先輩傳下來的因素，我們現在稱之為遺傳因素；二是“隨事感應”，也就是與人的精神活動有關。李時珍的這個觀點也是相當全麵而正確的，在遺傳學發展史上有著重要的地位。
就醫學而言，他的主要貢獻當然是在本草學方麵，但他本人又是一位高明的醫生，他對中醫的脈診特別有研究，著有《瀕湖脈學》一書，具有世界性的影響。
此外，李時珍在天文、地質、礦冶、化學等等方麵，也都有不少成就。
深遠的影響
李時珍的本草學著作麵世以後，一直受到人們的重視，不僅在國內如此，在國外同樣影響深遠。
《本草綱目》自16世紀問世以後，曆代對它進行過深入的研究。像這樣一部將近200萬字的巨著，就是在現代，要翻印起來也並不容易。但是，就在這將近400年間，人們對它的翻刻次數，包括現代用活鉛字排版的印刷，竟多達近60次!其重要性可以不用再多費筆墨了。
近代以來，人們以現代科學，包括現代醫學的眼光，研究李時珍的科學思想、工作方法、生平事跡、醫療成就，甚至他的文學修養等等，研究《本草綱目》中博物學，包括現代自然科學的各個學科的成就的學術論文，數以百計，研究專著也源源不斷。李時珍已經成為我國古代自然科學家的傑出代表。
在國外，他的影響也是相當大的。生物進化論的奠基人達爾文(1809～1883)在他研究和創立進化論的過程中，曾經引用過李時珍在生物學方麵的成就。如他在《人類的由來》這本著作中曾經引用過一段關於金魚顏色的形成的材料，指出其顏色是由於人工細心的培養而引起的突然變異，指出這種動物在中國很早就被人們細心地培養著，認為宋代就已開始培養了。這一材料就是從《本草綱目》中引用過來的。達爾文曾經提到他所引用的是“古代中國百科全書”，指的就是《本草綱目》而言。
《本草綱目》很早就傳到國外，被日本、德國、歐美的學者進行研究、翻譯。這樣大的部頭巨著，其中還有不少中醫特殊的名詞術語，要譯成外文，是有相當大的困難的。
至今，《本草綱目》已經被全文或部分譯成英文、日文、德文、朝鮮文、拉丁文、法文等等譯本。此外，《瀕湖脈學》也已經有了德文的譯本。
李時珍已經成為我國古代科學家的傑出代表，與世界科學名人羅蒙諾索夫、達爾文、哥白尼等相並列。
關心國計民生的科學家宋應星
在17世紀上半葉，全世界隻有極少數幾個國家剛剛擺脫封建製而進入資本主義時代。當時的中國正處在封建社會後期，在商品經濟不斷發展的基礎上，也已具備了資本主義萌芽的條件。就在這樣的曆史條件下，明末傑出的科學家宋應星編寫了一部百科全書式的科技文獻——《天工開物》。這部著作告訴我們：我國古代勞動人民在長期的生產鬥爭中，作出了多麼可貴的創造，積累了多麼豐富的經驗；許多生產工藝達到了很高的水平，有的在當時的世界中是居於先進地位的。《天工開物》已經譯成日、英、法等多種文字而傳遍世界。國外科技界，有的稱譽宋應星為“中國的狄德羅”(法國資產階級革命時期重要文獻《百科全書》的主編)，有的稱《天工開物》為古代“中國技術的百科全書”。可以說，宋應星及其名著《天工開物》，不僅在中國的、而且在世界的古代科學技術發展史上，都占有一定的地位。
宋應星生平
宋應星，字長庚，明朝萬曆十五年(1587)出生在江西南昌府奉新縣北鄉瓦溪牌村。他的曾祖父宋景，曾任南京光祿寺卿、工部尚書等高官。明朝從南京遷都北京後，在南京仍保留一套中央官署；光祿寺卿是掌管宮廷膳食的光祿寺的長官，工部尚書是掌管各項工程事務的工部的長官。宋景第三子宋承慶是縣學廩膳生。當時讀書人考進了府州縣官學的，統稱生員，別稱庠生(古時稱學校為庠)、秀才；其中由官府提供膳食津貼的叫廩膳生員。宋承慶26歲上就死了，留下一個兒子宋國霖。宋國霖在科舉道路上失意一生，至死還是個庠生，他就是宋應星的父親。宋應星的生母魏氏，原是奉新一個農家女子，因為家裏窮，嫁給宋國霖為妾(小妻)。宋家原來頗為富裕，後來遭了大火，家境就中落了。宋應星就出生在這樣一個衰落中的封建士大夫家庭；他在弟兄四人中排行第三。
宋應星小時在他父親的管教下識字讀書，稍大一些，跟比他大十歲的胞兄宋應升一起，在叔祖父辦的私塾裏讀了八年書。他勤奮好學，除了熟讀《四書》、《五經》這些儒家經典以完成科舉考試所必需的課業外，還閱讀《左傳》、《國語》、《史記》等各種史書，以及諸子百家、語言文學、自然地理、農業工藝等各方麵的書籍，從而豐富了知識麵，使自己不同於那些死啃八股文章的書呆子。