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先秦古籍《山海经》内多荒诞奇诡传说，但也包含不少天文、地理、动物、植物、矿产等方面的知识。此书中的某些内容为战国时成书的《尚书·禹贡》所采纳，因而部分内容被逐渐融入儒家学说，“禹贡”则成为古代地志学的代名词。大约编成于西汉年间的《尔雅》，表面是一部解释词义的古代字典，其实它对“天”、“地”、“丘”、“山”、“水”、“草”、“木”、“虫”、“鱼”、“鸟”、“兽”、“畜”的训诂，广泛涉及自然地理与动植物的分类，其编撰时代与老普林尼的《自然史》几乎同时。由于被说成是孔子门人或周公所作，《尔雅》在唐代就被视为儒家经典，宋代则被正式列入“十三经”，因此对中国的读书人有很大的影响。晋代张华辑成《博物志》一书，内中也包括许多在西方被称为“自然史”的内容。古人有“一事不知，儒者之耻”的说法，在一定程度反映了传统士人对认识大自然的兴趣。
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古代医家所用药物来源五花八门，动物、植物、矿物皆可入药，因此传统药物学或称“本草”的知识，基本上可以纳入中国古代博物学的范畴。汉代《神农本草经》、南北朝《本草经集注》、唐代《新修本草》、《开宝本草》、《图经本草》和《经史证类备急本草》，以及明代《救荒本草》都是这方面的专著，而以明代李时珍的《本草纲目》为集大成者。依靠多年行医的经验与亲身试验的结果，李氏参阅800余种文献，前后费时30余年撰成了这部不朽著作。全书共著录药物1892种（其中新增374种），分16部60类，以部为纲，以类为目，许多药物又分列正名、余名，十分接近现代的生物学分类方法，还有人将他的工作与林奈（Linné）、布丰（Buffon）做过比较，认为颇多相似之处。
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北宋《梦溪笔谈》是中国古代博物学传统中最优秀的著作，其作者沈括则是这一学术传统中最杰出的代表。《宋史》称他“博学善文，于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算，无所不通”。沈括不但热衷于观察自然和进行理性思考，认真记录当时各个领域的新成就和新技术，还十分关心国家命运和社会民生问题，在天文学领域，沈括首创太阳历的“十二气历法”，主持司天监的机构整顿，创制和改进仪器；在数学方面，他首创“隙积术”和“会圆术”，分别处理高阶等差数列求和与弧长计算问题；在物理学上，他指出了磁偏角现象，进行了凹面成像实验和共振实验，发现了温度对液体滞粘度的影响；在地学上，他对不同地质与地貌的成因提出了科学的解释，并改进了地图绘制技术，他又亲自领导治水工程，提出分段筑堰逐段测量的方法；在医药学方面，他在药物的辨名和药方的收集上付出了很多心血；他对海市蜃楼、虹、雷、闪电、月亮盈亏等自然现象都进行了细致的观察和解释。除此之外，《梦溪笔谈》中还记述了大量当时的科学成就与技术创造，如铁的磁化与指南仪器的装置及使用方法，毕昇发明的泥活字印刷术，湿法炼铜，石油的燃烧与油烟制墨，冷锻铁甲等等。
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3．“商功”传统
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“商功”是从中国古代数学中借来的一个词汇，字面的意思就是“商量事功”。《九章算术》“商功”一章多讨论与土方工程有关的多面体体积问题，如沟渠、谷仓、墓道等，论者认为是汉代官方主导兴建土木及水利工程的一种反映。这里所谓的“商功”传统，实指由政府主持开展的国家研究计划或大型工程，秦代李冰修造都江堰、唐代一行、南宫说组织全国范围的天文大地测验，宋代苏颂、韩公廉等制造水运仪象台，元代郭守敬修历治水，明代徐光启主持编纂《崇祯历书》等，都是很好的例子。
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苏颂出身官宦世家，本人与北宋名相王安石为同科进士，做过地方官，也在中央政府的礼、吏、刑、工各部任职，最高做到右宰相。在制造水运仪象台之前，苏颂还承担了一项国家任务，即由仁宗皇帝亲自诏命出任编修院内的校正医书官，负责国家药典《图经本草》的编撰工程。在苏颂的组织下，校正医书所奏请朝廷下诏全国，将各地所产药物绘制图样并加详细图说，连同实物标本一道送往首都，再由苏颂等京官参照历代药典进行鉴别、分类与考订，最后送校正医书所抄写进呈朝廷。在制造水运仪象台之前，苏颂先对历代记录和当时天文机构使用的仪器详细考察，又访到吏部通天文善算术的官员韩公廉，韩氏根据设计思路写出《九章勾股测验浑天书》，并制作了一架木制机轮，这一过程相当于可行性论证和前期预研。随后苏颂组织一支由科研人员和工匠组成的队伍，先后制成小、大木样，由朝廷派员检验监测，运行三月之后符合天象，这才开始以铜铸造仪器。1092年仪器告成，苏颂又令人绘制详图并亲撰说明进呈朝廷，这就是传世的《新仪象法要》。整个过程与现代大型科研计划的实施十分相似。
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郭守敬活动于元代初年，受到世祖忽必烈的赏识出任都水监正和工部郎中等职，掌管全国的内河航运、灌溉与水利工程。在他一生参与治理的众多水利计划中，北京地区的通惠河工程最为复杂也最为成功。这一工程的目的是为了解决通州至北京的漕运问题，为此他先在京城北部的昌平搞了一个白浮堰工程用来引水。郭守敬根据地势的起伏选定引水路线，汇集沿途水源注入西山脚下的瓮山泊（颐和园昆明湖的前身），然后再折向东南经紫竹院、积水潭、中南海、文明门（今崇文门）至通州高丽庄（今张家湾）入潞河（今北运河故道）。郭守敬还根据航道落差情况设计了闸坝、斗门系统，以便节制水流，方便行船。通惠河开通之后，行船漕运可直达积水潭，使现今的什刹海、后海一带成为南北大运河的终点，一时千帆竞泊热闹非凡。郭守敬后来又主持太史局工作，会同王恂、许衡、张文谦等人，参与元初改历，完成了著名的《授时历》。这是当时世界上最先进的历法之一，内中引用了三次内插法和相当于球面三角学的球面坐标变换等先进的数学工具。在编历过程中郭守敬还领导了天文观测和大地测量两项重要的国家计划：前者包括“七应”（7个天文常数）、太阳出入时刻、月行实度、二十八宿距度等；后者包括北极出地度（相当于地理纬度）、冬夏至晷影长度和昼夜漏刻变化等，全国共计27个测点，从数量和分布上都超过唐代一行领导的那次大规模观测，精度也相当高。他又创制多种天文仪器或装置，专家统计有22种之多，其中最有名的是简仪和依据小孔成像原理设计的景符。
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明末的徐光启也是一位杰出的科学家兼国家计划的领导者，在修历、治水、军事、农业方面均有不凡的贡献。有人将他与同时代的英国哲人培根（Francis Bacon）进行比较，说“假如徐光启生在16世纪的伦敦，也许他会成为培根；假如培根生在16世纪的上海，他也难免成为徐光启”〔2〕。
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三、中国古代的科学、技术与社会
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不同古代文明中的科学与技术呈现不同的发展模式，这肯定不能用“种族特征”这样抽象的精神因素来解释；相反，科学与技术的发展与自然和社会环境密切相关，比如地理条件、政治制度、经济形态、意识形态、宗教文化及知识分子的社会地位等。这里只能给出一点尝试性的论述，力图从三个不同的视角出发，讨论某些自然的、社会的或文化的因素对中国古代科学技术发展可能造成的影响，顺便也对其缺陷或不足作一揭示。
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1．农业高度发达的东方社会
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马克思在1859年《政治经济学批判》的导言中首先提到，人类社会已经依次经历了亚细亚的、古代的、封建的和资本主义的四种社会形态。关于第一种社会形态的性质引起了后人不少讨论，一般认为，马克思所谓的“亚细亚”社会，可以用来描述多数东方古代文明的生产方式：它以大量相对自给自足的农村群落为基础，高度依附土地而缺少农业与手工业、商业的明显分工，政治上则表现为中央集权的专制统治，国家机器基于军事征伐和庞大工程尤其是治理水患和灌溉工程的需要而存在。
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中国位于亚洲大陆东部，西北为沙漠覆盖，西南有大山阻隔，可耕土地集中在中原与东、南方的大河流域及湖泊密集的区域，这些地区正是早期中华文明的发源地。由于地理条件所限和农业上的需要，中国自古就出现了一系列宏大的水利工程，传说中的“圣王”即贤德的统治者也与治水有关。由于自然环境的多变与险峻，这类工程往往需要巨大的人力与成本，因而只能由具有绝对权威的中央政府来组织。除了治水与灌溉外，水利工程的另一个目的是将谷物运送到粮仓与首都，因此出现了沟通不同水系的运河系统。中国自秦代开始就建有连接首都与郡、县的驰道，水陆运输网络的发达又进一步巩固了中央集权。这些工程都建立在劳役制度的基础上，而相对自治的农业村落对国家的义务就是纳税和提供劳役。汉代出现了名为“均输”的专门法令，涉及劳力摊派和税银折算一类的规划问题；又在大司农下设置均输官和平准官，由国家来调节货物运销和掌控市场价格。除此以外，国家官僚机构还承担一般的生产组织任务，如农业政策的指导，因此中央政府中很早就有“司徒”（掌土地）、“司空”（掌工程）、“司农”（掌农业）这样的官职。对中国古代数学“九数一九章”传统作出过重要贡献的耿寿昌就曾担任西汉王朝的大司农。《吕氏春秋·上农》、《齐民要术》》、《农桑辑要》、《农政全书》等农学著作，大都由政府组织专家撰修，或由掌管农业的大臣、地方官员亲自编写。
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统治者祭祀神农和举行亲耕的仪式，可以追溯到周代。至汉始称先农，“坛于田，以祀先农”。魏时，先农与风伯、雨师、灵星、社、稷并奉为国之六神。明清两代，祭祀先农神成为国家重要的祭祀典礼，每年仲春亥日皇帝亲率百官到先农坛，拜过先农神后到亲耕田举行籍田礼。中国传统历法又称农历，这也说明了农业对于中国社会的重要意义。农历参照月球运行规律置朔，又利用闰月来调解平均年的长度，同时设置二十四节气以反映季节的变化与农时，是一种独特的阴阳合历。从古代起，每个朝代都要“立正朔”，也就是确立一年的始点，改朝换代的第一件要事就是“改朔”，因此历法关系到皇权的正统性而被赋予极为重要的意义，与之相关的天文观测和星占技术基本上也由国家来掌控。在中国传统天文学里，天上划分的不同星区称为星官，星官的分布与国家机器中的职官位置是对应的。中国是世界上保存着持续时间最为长久的天象观测与自然灾异记录的国家，天文、历法、度量衡、河渠、音律这些具有科学内涵的事物都被赋予政治意义而载入正史，成为直接服务于最高统治者的王学。
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这种国家主导实施的生产、税赋、劳役与公共工程，有利于打破原始封建割据的疆域。有学者因此推论，充分依靠水利工程的农业社会总是趋于中央集权，即最高统治者通过充分发达的官僚制度来治理遍布全国的乡村社会。换言之，皇权不是像欧洲那样通过受封采邑的各级贵族，而是通过一个非常复杂的文官系统来加以体现的。此外，对于森林、矿山以及具有流通性质的物品如铸造货币、盐、铁等，早在春秋时代就有人提议实行“国有化”，而在西汉初年得以完全实施。汉代政府还有自己的酿酒局及手工作坊，以后历朝都沿袭这一官营手工业的传统。社会中当然存在资本的积累，但官僚制度的压制总是使其无法达到长期持续发展的地步。李约瑟注意到中国的商人从未获得过接近欧洲城邦商业行会那样的地位和权力，因为中国的官僚体制不仅与贵族封建制度的世袭原则相对立，而且也与现代工商阶层的价值体系相抵牾。长期以来，我国学术界和政治语境中习惯使用“封建社会”来指称自西周初年至清末的漫长历史阶段，这里存在着一定的认识误区：社会属性不仅涉及以土地所有为标志的生产关系，更与政权形式和管理国家的手段有关；在上述两千余年中，具有“封建”性质的时期很短，绝大多数的政权形式都是由适配于农业社会的中央集权下的官僚制度来体现的。
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2．传统思想的流变
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前已述及，中国传统思想的基本型范在春秋战国时代已经出现，先是百家争鸣带来学术的空前繁荣，以后儒、墨相非，其“弟子徒属充满天下”〔3〕；其他诸家思想，有的向技术路线靠拢而成专门知识，有的被政客与统治者利用变成权术，有的过于艰涩而后继乏人，有的过于散漫而脱离社会实际。西汉初年，汉武帝采纳董仲舒的建议“罢黜百家，独尊儒术”，形成思想一统与政治一统的同构。这不但标志着中国政治哲学的早熟，同时也为中国农业社会的稳定结构（有人认为是“超稳定结构”）奠定了思想基础。实际上，董仲舒以《公羊春秋》为依据，将周代以来的天道观和阴阳、五行学说结合起来，又吸收法家、道家、阴阳家的思想，建立起一个不同于原儒的全新思想体系。他又提出“天人感应”、“大一统”等观念，认为自然、人事都受制于天命，因此反映天命的政治秩序和学术思想应该是统一的。汉代之后，官方的政治哲学虽然遭到数次外来文明的冲击和自身变革的挑战，但是高度政治化的儒家思想仍然是历代统治者与中国社会普遍认同的主流意识形态。
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历史上中国传统思想与域外文明的遭遇主要有三次：一是汉唐以来中印之间的文化交流；二是宋元时代中国与伊斯兰世界的接触；三是明清时代与西方文明的碰撞。伴随着这些交流、接触和碰撞，来自中土之外的佛教、伊斯兰教和基督教分别进入中国，但除了佛教部分成功地本土化而逐渐为中国所接受外，伊斯兰教的影响仅限于西北少数民族聚居地区和少数东南商贸口岸，对西方文明的发展具有举足轻重意义的基督教始终未能进入中国政治与社会生活的前台。究其原因，以儒家伦理为核心的传统价值观在中国本土根深蒂固当属首位。由于历代统治者的提倡尊奉，孔子被神圣化并逐渐繁衍出一些祭祀礼仪，因而出现了“儒教”的说法；实际上，儒家学说是关于社会秩序与人伦规范的理论而不是宗教。类似地，先秦诸子中的道家学说也不是宗教，但是后来发展出来的道教继承先秦道家崇法自然的思想，奉老子为宗，又将老子、庄子的著作赋予“经”的地位，成为中国土生土长的一种宗教。道教诞生的时代与佛教开始在中国传播的时代几乎相同，因而早期有许多“老化佛”或“道窃释”的争论，其结果是一面促进了佛教的中土化，一面造成了道教理论与实践的混乱庞杂。严格说来，道教不是一个充分发展成熟的宗教，其实践活动往往因地域、行业而异，并带有一定的萨满特征。不过，道教对炼丹术的重视丰富了中国古代关于化学、矿物学、地质学、医药学的知识。一般来讲，中国人没有很强的宗教意识。
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中国传统学术内部的重大演变也有三次：第一次是两汉之际兴起的今、古文学之辨；第二次是宋元明时代对旧儒学改造而形成的“理学”或“道学”；第三次是清代早中期学者们所发起的批判宋学光扬汉学的运动，亦称“朴学”，至乾嘉学派达于高潮。这些演变不但涉及经典文本的认定，而且有关自然观与研究方法，但是无论怎样，关乎社会秩序与人伦规范的儒家学说的内核，以及中国知识分子对那种儒道互补人生观的心仪则没有发生变化。历代统治者都会通过官方手段颁定儒家经典，以此标榜治国大纲并对臣民的思想行为进行规范。
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儒家学说最关注社会秩序，所谓“君君臣臣父父子子”，就是强调人的社会责任和义务；儒者标榜的“修身、齐家、治国、平天下”，即从自身与家庭做起达到自我实现的最高境界。中国古人的“国家”观念是由“家”与“国”两者合成的，在以上两句儒家名言中，我们发现都缺失一个中间环节，那就是代表特定群体的社会及其作用。清儒陈确说：“学问之道，无他奇异，有国者守其国，有家者守其家，士守其身，如是而已。所谓身，非一身也。凡父母兄弟妻子之事，皆身以内事。”〔4〕这里还是从“家”到“国”而无社会。中国古代从未发展出市民社会与专业团体一类的事物来，即使到了商业繁荣与城市生活出现很大生机的明代中晚期。可以说直到今天，在我们的社会生活中仍然可以发现这一历史缺失留下的印记。
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传统思想的强大与政治哲学的早熟，也可在一定程度上解释社会治乱与学术兴衰不相同步的悖论，兹以数学为例略加说明。研究者发现，中国古代数学体系的建立，与儒家逐渐占据思想统治地位和秦汉大一统帝国的建立几乎是同时发生的，其代表作《九章算术》就体现了统治者透过儒生官吏来管理国家机器的需要。因而在河清海晏的时代，数学是在“九数一九章”的框架内，以一种适应大一统的政治经济格局的形式平缓地进步的。《五曹算经》分列“田曹”、“兵曹”、“集曹”、“仓曹”、“金曹”五章，分别对应不同职属地方官吏的日常计算所需；《五经算术》则是汉代官方设置五经博士在数学中的反映，亦为其他知识服务于正统学术儒学的最好注脚。隋唐至北宋设明算科，开算学馆，官刻算书并称之为算经，都显露出数学官僚化的倾向。际逢盛世的数学家往往具有显赫的官方身份：张苍汉代封侯封相，甄鸾为北周开国伯，李淳风为唐朝议大夫，顾应祥为明刑部尚书。相反，在礼崩乐坏、纲纪散乱的时代，那些与大一统的政治经济格局相适配的元素在数学中悄然退去，知识分子通过读经博取功名的道路也被阻塞，一些人反而表现出与儒家济世理想不同的对纯学术的追求来，刘徽、赵爽对古算理论的整理，《测圆海镜》中的那种几何模型与演绎化风格，天元术发轫于河北、山西交界的山区，以及宋元时代突然出现的对纵横图的兴趣，这些似乎都与社会的政治经济形势无关。反过来说，由于较少受到主流意识形态的影响，动乱时代的某些学术往往以出人意料的形式发展着。
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3．知识分子的地位
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有学者指出，中国古代的“士”与西方近代才出现的“知识分子”（intelligentsia）颇多相似之处，即指那些具有勇气和能力在公共事务中运用理性的人。这里不想就此论题作更多的展开，而是用简短的篇幅讨论一下中国古代普通读书人的社会地位问题。
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一谈到古代读书人的地位，人们经常引用的一个例子就是元人的“八娼九儒十丐”说，好像旧时儒生的地位比娼妓还不如而仅居乞丐之上，这里需要辨析一下。且不说马背上取天下的元代可否代表整个中华历史，要紧的是首肇此说的谢枋得在前面明明白白地说“滑稽之雄，以儒者为戏”（《叠山集》），本是民间艺人的戏谑之语，竟被后人当作大元典制。果然如此，耶律楚材、郭守敬、王恂等儒生也不会得到元蒙统治者的青睐。实际情况是，相比于中世纪的欧洲，一般来说中国读书人的地位并不低。这是由当时中国的社会性质所决定的。如前所述，中央集权的农业社会是通过一个复杂的官僚系统进行管理的，而不像封建时代的欧洲一样，是由拥有城堡、采邑、武装，本身也是武士的大大小小的贵族们来治理的。无论是正史还是文学作品中，中国有太多关于贫寒书生通过苦读成就功名的故事，民间还有“半部《论语》治天下”的说法。相应地，中国古代也不乏市井无赖通过军旅生涯成为英雄的记载。就军事而论，那些最为令人仰慕的人物是谢安、诸葛亮、岳飞一类的“军师”、“儒将”。
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重文轻武，与重农轻商一样，是中央集权的农业社会的性质所决定的，它们既是中国古代社会的优点也构成后来发展的障碍。李约瑟认为，武力总是造成破坏，文明教化比军事征服更为有效。以上所说的武士与文官的关系，同样适于商人。在古代中国，财富往往遭到儒者的鄙视，因为它可以给人带来舒适的生活却不提供智慧，孟子的一句“为富不仁”直率地承认了财富与儒家核心价值的冲突。在中国靠富裕赢得声望的机会微乎其微，相反石崇斗富落得个家破人亡的故事总是在警示后人。中国社会中传统的阶层排序为“士—农—工—商”，士大夫以耕读自诩而耻于言利。在自给自足的经济模式和文官官僚体制的管理下，这两种趋向起初是有利于自然知识的增长的，但在后来却抑制了生产力的发展与社会的进步。只要对资本主义和近代科学兴起前的那些事件作一些思考——地理大发现、海外贸易与殖民、商业秩序与市民社会等，我们就会对“重文轻武”和“重农轻商”在后来的阻碍作用有所领悟。
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