古代科技的緩慢發展——明清時期
鄭和下西洋與造船技術
鄭和率領艦隊自明永樂三年至宣德八年(1405—1433年)將近30年的時間裏，先後7次抵達了亞洲和非洲的30多個國家，在促進我國和亞、非人民友好往來，通商貿易和文化交流方麵都做出貢獻。從航海史的角度來看，鄭和下西洋的重大意義在於他和他率領的艦隊首創了我國橫渡印度洋的記錄。
鄭和7次遠航的時間所到達的地區如下：
遠航次別時間(公元) 所到地方
第一次 1405一1407年占城、爪哇、蘇門答臘、南巫裏、古裏等地
第二次 1407一1409年 占城、爪哇、暹羅、蘇門答臘、南巫裏、古裏、柯枝、錫蘭等地 ‘
第三次 1409—1411年占城、爪哇、滿刺加、蘇門答臘、錫蘭、柯枝、古裏、甘巴裏等地
第四次 1413一1415年占城、爪哇、舊港、滿刺加、蘇門答臘、錫蘭、柯枝、古裏、溜山忽魯謨斯等地
第五次 1417一1419年占城、爪哇、滿刺加、蘇門答臘、南巫裏、古裏、彭亨、錫蘭、溜山、忽魯謨斯、阿丹等地
第六次 1421一1422年占城、暹羅、滿刺加、蘇門答臘、榜葛臘、古裏、祖法兒、阿丹、木骨都束、卜臘哇等地
第七次 1431—1433年占城、爪哇、舊港、滿刺加、蘇門答臘、錫蘭、古裏、忽魯謨斯等地，從古裏到默加
從上表可以看到鄭和在第五次和第六次遠航時都到達了非洲東海岸赤道附近的地區。我國與非洲東海岸國家雖然早在唐宋時期已經有了來往，但在鄭和以前的來往，都是沿阿拉伯海的航路航行的。
空前的冶金生產規模
直到明末以前，我國的冶金技術，在采礦、冶鐵、製鋼、鑄造、鍛造和鋅的冶煉等方麵一直處於世界先進地位。
明代冶金生產，主要是是鐵、銅、錫、銀、金、鉛、鋅等，產量和規模大都較宋元時期有所增長。洪武末年，朱元璋取消了限製民間開采鐵礦的禁令，促進了民間煉鐵業的發展。這時期煉鐵的規模也是空前的，如遵化鐵場的大鑒爐高1丈2尺，一爐可容礦砂兩千多斤；正德四年(1509年)投入生產的煉鐵爐10座，年產生鐵49萬斤，炒鋼爐20座，年產熟鐵21萬斤，鋼鐵6萬斤。鐵場多設在礦山、林區附近。有些鐵場包括開山采礦、伐木燒炭、礦石冶煉、器具製造以及相互間的運輸等，有科學合理的安排與布局，已經初具聯合企業的雛形。生產的鐵製器具有鐵鍋和農具等。廣東佛山是明代的重要產鐵地之一，這裏的鐵礦品位高，質量好，致有“鐵莫良於廣鐵”之說。佛山鐵鍋，馳名中外，遠銷南洋各地，是當時廣州出口貨物中的重要商品之一。
江西德興、鉛山的銅場和雲南的銅場又有很大發展，據記載“大場丁六七萬，次亦萬餘”。最大的湯丹銅場，產量最高年產1，300萬斤，可見其規模之大。
明代鑄造的萬鈞鍾(永樂年間，即1403—1424年間鑄的大鍾，現存北京西郊大鍾寺內，鍾身高5．9米，外徑3．3米，內徑2．9米，重約42噸)和鍛造的千鈞錨，不論從鑄、鍛技術和生產規模看，在當時世界上都是比較先進的。
“一歲數收”農業技術和新作物的引進
“一歲數收”耕作技術的進一步發展是這一階段農業技木的主要特點之一。它是人們在對農作物之間的相互關係的認識基礎上，綜合運用各項生產要素，通過問作、套作、混作、輪作等技術措施．合理安排種植，充分利用天時、地利，使一年內的收獲次數由一次增加到二次、三次乃至更多次。清代，關中地區一般是二年三收，運用了套種技術後，有的地方一年可達到“三收”。輪作倒茬，合理安排前後農作物也能提高產量， 《甘薯疏》說：“若高仰之地，平時種藍，種豆者，易種薯，有數倍之獲。”為實現“一歲數收”，除了要重視農作物品種的選擇和加強田間管理外，特別要求土地肥熟，那就是要深耕、多耕和多施肥料。
“一歲數收”需要多施肥，這也就促進了肥料的蓄積和施肥技術的發展。肥料的蓄積，這時除就地取材以擴充肥源外，還強調肥料的“釀造”。肥料種類已擴大為人糞、牲畜糞、草糞、火糞、泥糞、骨蛤糞、苗糞、渣糞、黑豆糞、皮毛糞十大類。同時，講究提高肥效，重視因時、因地、因物製宜地使用。由於“一歲數收”帶來了較多的病蟲害，這也給人們提出了除蟲滅病的新課題。
玉米、甘薯和煙草等都是起源於美洲的農作物。15世紀末，哥倫布開辟了歐洲和美洲之間的航路之後，這些作物很快傳播到了歐洲，並逐漸遍及全世界。我國引進這些新作物是從16世紀初、明代中葉開始的。
最先引進的美洲農作物是玉米。玉米在我國明代的許多地方誌中已有記載。最早見於安徽《穎州誌》(正德六年，1511年)，玉米很可能是在16世紀初經由海路傳入我國沿海和各省的。
甘薯是萬曆年間引進的。福建人陳振龍從事海外貿易，在呂宋學會甘薯栽培技術，萬曆二十一年(1593年)回國時設法帶回薯藤，並且試種成功。甘薯是高產作物，一般沙質土壤都宜種植，成為當時救荒的主要糧食，很受歡迎；不久傳到浙江、山東、河南等省，逐漸提高栽培技術，在華北較為寒冷的冬季也能留種了。明、清之際，為推廣甘薯而編寫的著作有徐光啟的《甘薯疏》、陳世元的《甘薯傳習錄》和陸耀的《甘薯錄》等。
煙草的原產地大概是美洲墨酉哥，後來傳至菲律賓。明中葉以後，自菲律賓傳人我國時音譯為“淡巴菰”。崇禎年間，已有不少人以吸煙為樂，一些種植糧食的農田也改種煙草了。
規模宏大的宮殿建築群和明代長城
明清兩代在北京的皇宮，現在叫做故宮，是一組宏偉壯麗的建築群，顯示著我國具有悠久曆史的木構建築技術的輝煌成就。
這組建築群是明永樂四至十九(1406—1421)年興建的，占地麵積72萬平米。內有房屋近1萬間，外有高達10米的長方形紫禁城圍繞。紫禁城的外邊是一條寬52米的護城河。紫禁城位於北京城正中，它的中軸線與北京城的中軸線相合。
我國木構建築的設計早已有了一定的規範、發展到明清時候就更加規格化、程式化了。殿式建築以“鬥口”為基本模數，隻要定了一種鬥口的等級，整個建築的各部分用料尺度就可以確定了。這種手法的簡化也是這一時期木結構的明顯變化。
拚合梁柱結件技術是明清木結構技術的一項重要成果。由於掌握了木材易於拚合的性能，使小塊木料經過並合、鬥接、包鑲之後仍能發揮大料的作用，達到節省用料的要求。
自秦始皇把戰國時期秦、趙、燕各諸侯國修築的長城連接起來，成為一條長達萬裏的城防之後，隻有明代在原來的的基礎上重新修築長城的規模能與之相比，而且在工程技術上有了很大改進。
明朝統治者非常重視北部城防。從明初開始，用了100多年的時間才完成西起嘉峪關，東至山海關的全長12，700多裏的修築工程。現我們看到的萬裏長城就是明代新修擴建的。當時曾經分段設立了9個重鎮(遼東鎮、薊鎮、宣府鎮、大同鎮、山西鎮、延綏鎮、寧夏鎮、固原鎮、甘肅鎮)進行防守。
明代修築的長城，大都非常牢固，特別是東半部(山西以東至山海關稱東半部，山西以西稱西半部)都是用磚砌(局部地段用石條)，石灰漿勾縫。城牆的砌法，在坡度較小時，磚石隨地勢平行砌築；坡度較大時，采用水平跌落砌築，磚牆砌得十分平整堅固，使磚構建築技術進入一個新的發展階段。
長城選線的水平也很高。在山西以東，城牆大部蜿蜒在崇山峻嶺之間，有的利用山脊修築，形勢極為雄偉險要。東半部城牆外麵用磚砌，裏麵是夯土。一般牆高約8米，下部牆基寬約6米，牆頂寬5米左右。牆頂外部設垛口，約高2米，內部砌女牆，高約l米。牆身每隔70米左右修碉樓一座，牆身內部每隔約200米有石階梯，可登城巡視。山西以西的長城，雖然是夯土版築的，但也很堅實，牆高約5米多，牆身下部寬4米左右，上部寬約2米。作為傳報軍情用的烽火台，設在長城內側或內側的山頂上，大部用磚石砌成，平麵呈方形，每麵約8米，高12米左右。
珠算的廣泛應用
我國數學計算方法，隨著商業的發展和算法本身由繁到簡發展條件的成熟，到了明代，珠算普遍得到推廣，逐漸取代了籌算b
珠算術是用珠算盤演算，比籌算術用算籌演算方便得多，因此，在商業發展需要的條件下，珠算盤作為數學計算的一種簡便工具，很受人們的重視和歡迎。
珠算術至遲在元末已經產生。1366年在陶宗儀所著《南村輟耕錄》中，有關於珠算盤的明確記載。
珠算發明之後，珠算術的四則方法逐漸代替了籌算的加減乘除運算方法。珠算術的加、減法口訣相當重要。在明代的珠算術中稱加法口訣為“上法訣”，稱減法口訣為“退法決”，很是簡便。
明代的珠算術著作，現在流傳下來的已經不多，其中比較重要而影響又較大的是程大位所著《算法統宗》。程大位(1533年生)字汝思，號賓渠，安徽休寧人，少年時代就很喜愛數學，後來一麵經商，一麵從事數學研究，1592年寫成《算法統宗》17卷。這是一部流傳極廣的數學著作，明清兩代不斷翻刻、改編， “風行宇內”，凡學習計算的人， “莫不家藏一編”，影響之大，在中國數學史上是少有的。
我國珠算術還曾傳到日本、朝鮮等東亞各國，並被延續使用到今日。在我國，直到現在珠算也仍然是被廣泛使用的、較為方便的計算工具。
建築上的聲學知識
北京天壇是著名的明代建築。其中皇穹宇建於明嘉靖九年(1530年)，原名泰神殿，1535年改名為今。天壇的部分建築具有較高的聲學效果，使這一不尋常的“祭天”的場所，更增添了神秘的色彩。
天壇建築物中最具聲學效應的是：回音壁、三音石和圜丘。
回音壁是環護皇穹宇(安放祭天牌位的所在)的一道圓形圍牆，高約6米，圓半徑約32．5米。內有三座建築，其中之一是圓形的皇穹宇，位於北麵正中，它與圍牆最接近的地方隻有2．5米。回音壁隻一個門，正對皇穹宇。
整個牆壁都砌得十分整齊、光滑，是一個良好的聲音反射體。如有甲、乙二人相距較遠，甲貼近圍牆，麵向牆壁小聲講話，乙靠近牆壁可以聽得很清楚，聲音就像從乙的附近傳來的。隻要甲發出的聲音與甲點的切線所成的角度大於22℃時，聲音就要碰到皇穹宇反射到別處去，乙就聽不清或聽不到。
在皇穹宇台階下向南鋪有一條白石路直到圍牆門口。從台階下向南數第三塊白石正當圍牆中心，傳說在這塊白石上拍一下掌，可以聽到三響，所以這塊位於中心的白石就叫三音石。事實上，情況不完全是這樣。在三音石上拍一下掌，可以聽到不止三響，而是五響、六響，而且三音石附近也有同樣的效應，隻是聲音模糊一些。這是因為從三音石發出的聲音，等距離地傳播到圍牆，被圍牆同時反射回中心，所以聽到了回聲。回聲又傳播出去再反射回來，於是聽到第二次回聲。如此反複下去，可以聽到不止三次回聲，直至聲能在傳播和反射過程中逐漸被牆壁和空氣吸收，聲強減弱而聽不見。如果拍掌的人在三音石附近，從那裏發出的聲音，傳播到圍牆，不能都反射到拍掌人的耳朵附近來，因此聽到的回音就比較模糊。
圜丘是明、清兩代皇帝祭天的地方。它是一座用青石建築的三層圓形高台。高台每層周圍都有石欄杆。在欄杆正對東、西、南、北方位處鋪設有石階梯。最高層離地麵約5米。半徑約11．4米。高台麵鋪的是非常光滑、反射性能良好的青石，而且圓心處略高於四周，成一微有傾斜的台麵。人若站在高台中心說話，自己聽到的聲音就比平時聽到的要響亮得多，並且感到聲音好像是從地下傳來的。這是因為人發出的聲音碰到欄杆的下半部時，立即反射至傾斜的青石台麵，再反射到人耳附近的緣故。
外科總結性著作《外科正宗》
外科學在明代的成就可以著名醫家陳實功的著作《外科正宗》為代表。陳實功(1555—1636年)字毓仁，又字若虛，江蘇南通人。他從青年時代起就專門研究外科，經過四十多年的不斷實踐，在外科理論和外科手術方麵都有獨到之處。晚年的時候，他認為如果把自己多年的經驗和體會留傳下來，可能“不無小補於人間”，於是把外科大小諸症，分門別類地按病理、症狀、治法、典型病例以及藥物的煉製等一一記載下來，有些還編成歌訣以便記誦，於萬曆四十五年(1617年)寫成《外科正宗》4卷付印。全書論及外科各常見疾病：100多種，並選人很多自唐至明代以來內服、外敷的有效方劑，內容十分豐富，後人稱讚這部著作是列證最詳，論治最精。
宋應星和《天工開物》
宋應星搜集、整理、編撰的《矢工開物》是世界第一部有關農業和手工業生產的百科全書。
宋應星字長庚，江西奉新縣人，生於萬曆中葉(1587年)，卒於順治末或康熙初年。他28歲時考中舉人，名列第三，但由於對八股取士不感興趣，而把精力放在深入調查研究實用的生產技術的問題上。他47歲任江西分宜縣教諭時，著手編寫《天工開物》，51歲改任福建長汀府推官，3年後任安徽毫州知州，明亡時(1644年)又回到自己家鄉，從此離開了官場。
宋應星是一位博學多能的人。他熟悉多種生產技術，對天文、音律以至哲學等都有研究，他的著作除《天工開物》外，還有《談天》、《論氣》、《畫音歸正》、《野議》、《思憐詩》等多種。
我國有以農為本的優良傳統，因此古代的農書很多，但由於一向輕視工商，係統記載手工業生產技術的著作極為罕見。自《考工記》以來，可以說就是《天工開物》了。前者是封建社會初期的著作，後者是資本主義萌芽時期的作品，二者都以先進的生產方式的出現為前提，並非偶然。
《天工開物》刊行後，很快傳到日本，並在日本翻刻，廣為流傳；1869年有法文摘譯本，後又譯成德、英多種文字，受到世界各國的重視。它是有關我國古代生產技木，特別是手工業生產技術的寶貴文獻。
李時珍與《本草綱目》
李時珍(1518—1593年)，字東璧，晚年號瀕湖山人，湖北蘄州(今屬蘄春縣)人。他的祖父和父親都是醫生，他從小就受到醫藥方麵知識的熏陶。李時珍自幼多病，每次大病都經他父親精心調治才能轉危為安，因此他對病人的痛苦和醫藥的重要，有深刻的體會。李時珍14歲考取秀才後，三次參加鄉試都未中舉，於是決定放棄科舉，專心研究醫藥學。
嘉靖三十一年(1552年)，李時珍開始著手編寫《本草綱目》。為了寫好這部書，盡量減少錯誤，他特別注意深入實際考察，除走遍自己的家鄉外，還到過湖北的武當山、江西的廬山、江蘇的茅山、南京的牛首山以及安徽、河南、河北等地，采拾標本、收集單方，有時還進行類似藥理學的試驗。例如，為了證實羅勒子能放入眼內，治療眼翳，他就把羅勒子置水中觀察，見它能脹大變軟，才肯定了舊本草的見解；又對鯪鯉(即穿山甲，一種食蟻動物)進行解剖，證實其胃中確有“蟻升許”。他的嚴謹的治學態度，使《本草綱目》具有較高的科學水平和實用價值。
經過李時珍20多年的辛勤勞動和許多人的熱情幫助， 《本草綱目》於萬曆六年(1578年)全部脫稿。
李時珍晚年非常關心《本草綱目》的出版，但這部書於公元1596年在南京出版(金陵版)時，他已與世長辭了。之後這部書被輾轉翻刻過30多次，以清合肥張氏味古齋本最精。隨著國際間的文化交流， 《本草綱目》早在萬曆年間就已流傳日本，並在日本翻刻過9次，以後又傳到朝鮮和越南。17、18世紀傳到歐洲，先後有德文、法文、英文、拉丁文、俄文的譯本或節譯本。
徐光啟與《農政全書》
比李時珍晚約半個世紀的徐光啟是明末一位優秀的科學家。徐光啟(1562—1633年)字子先，號玄扈，上海人，出身於小商人兼小土地所有者的家庭，早年從事過農業生產，對土地利用問題深有體會。
對科技研究，除天文、曆算之外，徐光啟用力最勤、收獲最廣的要算在農業方麵的研究了，因此他著作中也以《農政全書》最為重要。它是徐光啟幾十年心血的結晶，是一部集我國古代農業科學之大成的學術著作。
《農政全書》共160卷，50多萬字，分農本、田製農事、水利等12項。在徐光啟生前，《農政全書》雖已編成，但未定稿。現在的《農政全書》是經陳子龍等在出版時增刪過的，因此書中存有一些自相矛盾的錯誤，很可能是增刪時造成的。
《農政全書》轉錄有很多古代和同時代的農業文獻，這部分可以說是前人成就的選編。徐光啟自己撰寫的有6萬多字，雖隻占全書的1／8，但都是他親自實踐和觀察之後寫成的，科學性較強。
徐光啟曾與耶酥會傳教士利瑪竇等人有往來，並與他們一起共同翻譯了許多科學著作，如《幾何原本》、 《泰西水法》等，成為介紹西方科學的先驅。