中國通史（第十冊） · 第四節 科學技術

科學技術在宋元時代曾經獲得重大的發展，許多部門都曾居於世界的前列，並建立了自己的體系。明朝統治時期，西方國家隨著工業革命的到來，科學技術迅速發展，許多領域都發生了重大的變革。明清時期，中國逐漸陷於資本主義國家的包圍之中，科學技術的發展，受到「只重其法，不重其理」 的舊體系的束縛，也日益落在西方國家的後面。但某些具有自己傳統的領域，仍然出現了一些傑出的科學家和科技著作，取得了舉世矚目的成就。西方的科學技術傳入後，某些領域逐漸注重科學原理的探討，得到新的進步。 （一）天文學、數學與地理測繪 一、天文與曆法 西方科技傳入中國後，引起中西學術之爭，焦點是天文學。這迫使中國學者重新研究中國傳統天文學的實際水平，不得不改變「詳於法而不著其理」 （見王錫闡《曉庵遺書?雜著篇》）的傳統體系。許多人努力鑽研天文曆法理論，從宇宙結構等方面認識天文現象，從方法上使傳統天文學得到更新。 明代行用的《大統歷》源於元郭守敬《授時曆》，到明末已歷二百六十多年。屢次有人提出修改曆法的建議，崇禎二年（一六二九年）開設曆局，由徐光啟主持用西洋法編制新曆。徐認為用西洋法當先翻譯西洋著作，先後推薦傳教士龍華民、鄧玉函、湯若望、羅雅谷等人入局譯書。到崇禎六年徐光啟去世前，據譯書編成新法《曆書》共一百零四卷。繼任的李天經又編成三十二卷，合稱為《崇禎曆書》。內分基本五目，節次六目，合十一部。徐光啟原意是要「鎔西算以入大統之型模」（參見梅文鼎《歷學疑問》），實際上是一部西洋曆法。 《崇禎曆書》的編訂是官府組織的一次翻譯、整理西洋天文歷算學著作的活動，對西洋歷算的介紹與傳播有重要意義。《崇禎曆書》與舊曆不同處，湯若望總結為四十二條，要點有三：一是天體結構理論不同。《崇禎曆書》使用的是第谷的本輪、次輪說，認為日月恆星所在的本輪心沿本天（又稱均輪）繞地運轉，五星所在的次輪心沿太陽所在的本輪運轉（繞日運轉），諸曜不同天運行，日、地不同心。由此引出曆法中的日月高卑差、不同心差等參數。二是計算方法不同。西法用平三角、弧三角、橢圓法等計算，不似中法只用勾股、圓法。三是觀測儀器不同。新法使用象限儀、百游儀、望遠鏡等儀器，提高了觀測的精度，加深了對天體結構的認識。如西法定恆星大小為六等；以銀河為小星攢聚而成，不是雲氣? .，都與望遠鏡的使用有關。 以上三點都使西法的精度高於中法。還有一些雖與中法不同，但與精度無大關係的，如西法用黃道度數，分周天為三百六十度，一日為九十六刻等，均與中法不同。此後中國學者加王錫闡、梅文鼎，都通過《崇禎曆書》學習西法歷算。清朝建立後，改名為《時憲歷》，行用了二百餘年。 王錫闡（一六二八——一六八二年），字寅旭，號曉庵，吳江（今屬江蘇省）人。明亡後閉門不出，苦攻天文星曆之學。主要著作有《曆法》六卷，《歷表》三卷，《大統曆法啟蒙》五卷，《雜著》一卷，合編為《曉庵遺書》。 王錫闡正統思想極強，反映到學術上是對西法不能給以實事求是的評價。他認為西法長處有五，當辨者（缺陷）有十，而長處是從中法竊取的，缺陷則導致了它測算的不精確性。但他與一般堅持排教護法的士大夫如楊光先、魏文奎輩不同，他把對西法的攻詰建立在對中、西法認真研究、理解的基礎上，所以論西法缺點，常能中其肯棨。其次，他雖在總體上蔑視西法，卻不忘西法長處，特別在涉及具體問題時，常表現出對西法的推崇。他的貢獻除了闡明中西法的異同、淵源外，還在於他窮三十年精力，自製一部曆法，世稱「曉庵新法」。長處是既「以中法為型範」，又吸取了西法優點。徐光啟曾有此心而無此力，王錫闡把它變成了現實。他的曆書利用西學理論對中歷的傳統方法作了恰當解釋，使中法道理大明於世，為清代學者研究古學，開闢了新路。在技術方面，如把日月分為三百六十度，以度分確定日月食複方位；為選擇合適參數，「變周改應，增損經緯遲疾諸率」（《雜著?推步交朔序》），耗費了三十年精力。在他去世的前一年，曾以大統舊法、西法及自製法對測當年八月朔日食，結果與舊法相差懸殊，與西法所差甚微。 二、數 學 明代商品經濟發展，宋元間廣泛使用的珠算法進一步普及，以解決應用題為特徵的商業數學發展起來。西方數學傳入後，在士大夫中引起了強烈反響。為了正確認識中西算學的異同，加速西算與中算的融合，清初梅文鼎與梅瑴■成祖孫二人做出了重要貢獻。 明代《九章》系統的數學著作首推吳敬《九章算法比類大全》，書成於景泰元年（一四五○年）。它的格式除了開篇增加「乘除開方起例」，介紹有關算和數的基本知識外，完全象《九章》那樣，按方田、粟米等九項分作九卷，每卷也由若干應用題組成，全書共有一三二九題（包括書首「起例」 中的一九四題），比《九章》的二四六題增加了四點四倍多。其中一部分是從古算書中抄錄來的，新增題目中如「就物抽分」、「合夥經營」等，多屬於商業內容。 程大位著《算法統宗》，成書於萬曆二十年（一五九二年）。分十七卷，收錄應用題五九五個。體例與《九章算法比類大全》相同，仍是屬於舊算學系統的著作。它的特點是運算全部採用珠算法，包括開平方、立方。又加法用「上法訣」，減法用「退法訣」（如「一上一」，「一下五除四」；「一退一」，「一退十還九」等）；除法將法（除數）列在算盤右邊，實（被除數）列在左邊。珠算結構和算法的完善，反映了明代商業數學的水平，並傳播於日本、朝鮮，南傳東南亞各國。 梅文鼎（一六三三——一七二一年），字定九，宣州陵陽人。幼習儒業，二十七歲始學歷算。此後辛勤研究，孜孜不倦，數十年如一日，寫下大量的數學著作，名聲漸盛。康熙皇帝南巡途中召見，談論三日，親書「積學參微」 四字為贈。 梅文鼎始習歷算時，距利瑪竇來華已八十年左右。當時翻譯的西洋歷算書很多，如李之藻譯《同文算指》、徐光啟譯的《幾何原本》等。一些學者認為高出中算很多，另一些人又認為西學那些東西中國古已有之。梅文鼎通過自己的研究，對這一爭議作出了回答。 梅文鼎著作約九十餘種（阮元《疇人傳》載八十八種，另有《天步真原訂注》等四種），對算學的貢獻表現在兩個方面：一是深入研究、整理了古代算學遺產，使古算義理更加昌明，頻於失傳者也重現於世。如他的《方程論》、《勾股舉隅》等就是這類著作。二是將西算中國化，更容易為中國士大夫接受，為中西算學的融合作了有益工作。如改西洋筆算的橫行式為直行式，改直行式的西洋納白爾算籌為橫式（見《勿庵籌算》）等。在他的《平三角舉要》、《幾何通解》中，還用傳統的勾股法證明《幾何原本》中的習題。錢大昕說，梅文鼎「國朝算學第一」，在中國古代算學史中，梅文鼎的貢獻是巨大的。 由於梅文鼎在算學方面的成就，康熙四十六年（一七○七年）特准他的孫子梅■成入內廷讀書。梅■成字玉汝，號循齋，又號柳下居士。入內廷後欽賜監生、舉人，充蒙養齋匯編官，與陳厚耀、何國宗等人編纂《數理精蘊》、《曆象考成》等書。另著有《增刪算法統宗》、《操縵巵言》、《赤水遺珍》。 《數理精蘊》是據法國傳教士張誠、白晉的遺稿修改而成，不僅是一部全面介紹西算的讀物，也是一部全面總結清初中國算學知識的著作。書分上下兩編。上編五卷，卷一為《數理本原》、《河圖》、《洛書》、《周髀經解》，卷二至四為《幾何原本》，但與歐幾里德《幾何原本》體例差異較大。 與卷五的《算術原本》相對照可知，作者不是為了介紹歐氏原著，而是要把當時具有的幾何知識加以分類著錄。下編四十卷，其中《首部》二卷，介紹算學基本方法，如命位、加、減、因乘、歸除、通分、約分等。雖然主要是西洋方法，卻不照搬西算。如用中國數字，不用阿拉伯數字；約分用輾轉相減法等。卷三至三十，分為《線部》、《面部》、《體部》，此外還有「垛堆」問題計算法。卷三十一至四十為末部，討論「借根方」，即代數的有關問題。下編之後附「八線」等表，共四種，分為八卷。全書共五十三卷。書中沒有介紹珠算，對西方的算籌和比例尺卻有詳細介紹。這是我國第一部純由數學圖形和方法分類的數學著作，標誌著傳統的《九章算術》體系已全部更新了。 三、地理測繪 天文學和數學的發展，推動了地理測繪的進步。地理測繪也反轉來促進了天文測量和數學應用的發展。 康熙帝在簽訂中俄尼布楚條約後，深感原有地圖不準確的危害，決意進行全國性的地理測量。經過近二十年的準備，從康熙四十六年（一七○七年）開始，前後經歷十年，將關內的十五省與關外滿、蒙地區測繪完畢，在法國教士杜德美的主持下，將測量結果繪成《皇輿全圖》，於康熙五十七年進呈。 這時天山戰亂未平，西部測量僅到哈密。乾隆二十年（一七五五年）和二十四年，又兩次派遣明安圖、何國宗等到天山補測。二十六年將補測結果編繪成《西域圖志》。法國教士蔣友人根據《皇輿全圖》、《西域圖志》，並參考俄、蒙文獻，匯編成《皇輿全覽圖》，比例尺約為一比一百四十萬，圖幅比《皇輿全圖》大一倍。包括的地區北到北冰洋，南到印度洋，西到波羅的海、地中海、紅海，相當於一幅亞洲全圖。 康、乾時的兩次地理測量是兼用天文測量和大地三角測量兩種方法進行的。天文測量是在待測地區選擇適當數目的觀測點，分別測出它們的經緯度數值作為基準點。康熙時的測量在直隸、山東等二十個省、地區選定的基準點共六百四十個。三角測量是把待測區劃分成一個三角網，選定其中某一個三角形的一條邊為基線，準確量出它的長度；再從兩端分別測出某一待測目標的方位角，就能用三角法算出基線兩端到待測點的距離。以任一求得的距離為基線，計算到另一待測點的距離，依次計算下去，就能得到三角網中任意一點的座標。再用測出的基準點的經緯度數值修正計算誤差，得出較準確的測量結果。由於當時經緯度測量（特別是經度測量）的精確度差，所繪地圖的絕對精度不如相對精度大。但由於使用了科學的測量法，仍然是當時世界上最精確的地圖。直到一九三四年上海申報館出版《中華民國新地圖》之前，一直是我國印製各種地圖的藍本。通過這些測量，規定了統一的尺度，以地球經線一度的長度為二百里，每里為一百八十丈，由此定出營造尺長度。 這與十八世紀末法國由赤道長度定出米制單位具有同樣的科學性；又測出緯度愈高，每度經線的直線距離愈長，從而證實了牛頓地球扁圓說的正確性；測量所得數據，還可作為對地形變化進行比較研究的依據，時代愈久，愈顯示出重大意義。 （二）醫學與本草學 中國特有的傳統醫學和本草學在明清兩代有了較大的發展。醫學著作的大量出現，內容包括對古醫經的詮釋、藥物研究、醫方徵集、醫案選輯、中外醫學交流等等。李時珍《本草綱目》的完成是《本草》系統的中藥學發展到頂點的標誌。醫學中的顯著成就是瘟病學說的建立和發展。藏族和蒙族的醫學也取得了新發展。 一、李時珍《本草綱目》 李時珍（一五一八——一五九三年）字東璧，號頻湖，蘄州蘄春縣（今湖北蘄春）人，世醫出身。歷時三十餘年，撰成《本草綱目》。全書約一百九十餘萬字，分為五十二卷，十六部六十類。收載藥物一八九二種，其中一五一八種系舊《本草》書所有，三七四種是李時珍新增（此據王士禎《本草綱目序》，傳世本與此數略有出入）。每種藥物下列有「釋名」、「集解」、「修治」、「氣味」、「主治」、「發明」等細目，分別敘述藥物別名、形狀、出處、採集加工方法、藥性、用途等，最後附載有關藥方。全書收載的藥方共一萬一千一百五十一方，其中舊方二千九百八十一，新增八千一百七十。並附有藥物圖一千一百零九幅。 《本草綱目》涉及到植物學、動物學、礦物學、化學、經濟地理學等各方面的知識，是我國古代的一部百科全書。例如金石部中的「金」，書中不但記述它的藥性和主治這類醫學內容，「集解」目下還記述了金的產地、伴生礦石、植物找礦法、開採法、冶煉法、金的種類、純度的物理鑑別法等等，幾乎包括了當時金的全部知識。由於書中收藏的自然物很多，就更顯得珍貴。 乾隆三十年（一七六五年），浙江錢塘人趙學敏撰《本草綱目拾遺》十卷，載藥物七一六種，附記二○五種，合九二一種。新增藥物多為舊有品種的不同產地，但補入明末以來傳入的西藥，如強水（硝酸溶液）、刀傷水（碘酒）、鼻沖水、藥露、金雞勒（今名金雞納霜）等。雖然為數不多，但反映了中醫已開始注意到西藥的應用。 二、瘟病學說與人痘接種術 《明史?五行志》記載，一四○八至一六四四年間，各地發生的大瘟疫達二十六次之多。入境外國人士的增加，使中土從未有過的傳染病也開始流行。中醫的內科理論原是建立在《傷寒論》之上。瘟疫等傳染病的流行，促使瘟病學說得到發展。 在隋代巢元方《諸病源候論》里已記載瘟病的傳染性特徵，宋元時引起較多人注意，開始與傷寒病區分開來。但瘟病學說的真正奠基人是明初丹溪學派的醫家王履（字安道，一三三二——一三九一）。他首先從論症、治法兩方面對傷寒與瘟病加以區別。明清之際吳有性（字又可）擺脫了「六氣說」 束縛，提出「戾氣說」。認為瘟病是戾氣所致，由口鼻傳入，與傷寒病因根本不同。著《瘟疫論》，進而指出戾氣有不同類型，各能產生不同疫病。經過清代名醫葉桂、薛雪、吳瑭、王士雄等人的努力，瘟病學說逐漸建立起體系。 葉桂（一六六七——一七四六年）字天士，在《溫熱論》中總結了溫病發病、傳病的規律，依據感染程度不同分作衛、氣、營、血四個階段，按段施治。薛雪（一六八一——一七七○）撰《濕熱條辨》、吳瑭（約一七五八——一八三六）撰《瘟病條辨》、王士雄（一八○八——一八六六年）撰《瘟熱經緯》等，對瘟病的病源、證候及治法都有所發揮，使瘟病在理、法、方、藥等方面都成了獨立於《傷寒論》之外的專門學科。 天花（即痘疹）也是一種瘟病，最早的記載見諸公元四世紀成書的《肘後備急方》，據傳是東漢光武帝建武年間在南陽擊虜所得，故稱為虜瘡。唐人孫思邈《千金方》中已有治療藥方，此後才逐漸掌握了接種人痘的預防方法。清人武榮綸撰《牛痘新書》中載：「唐開元間，江南趙氏始傳鼻苗種痘之法」，此後逐漸完善，約有三種：較早的是用棉花蘸取痘瘡的瘡漿，塞入接種兒童的鼻孔。此法很危險，文獻中多有「種痘而亡」的記載。後又有用痘痂接種的旱痘法和水痘法：前者是將干痘痂研成粉，吹入接種兒的鼻孔；後者將痘痂粉調水，用棉花蘸取後塞入被接種兒童的鼻孔中，此後改進為使用經過多次接種後的痘痂接種，稱熟苗接種，較為安全了。 接種人痘預防天花是人工免疫法的先驅，是我國醫學的一大貢獻。清初傳入日本；康熙間俄國人來中國學痘醫；十八世紀初已傳入歐洲。直到一七九六年英人真納發明牛痘接種法以前，一直是最有效地預防天花病的方法。 三、藏醫與蒙醫 藏醫早自吐蕃王朝時即已形成。明代的帕竹王朝，藏醫形成南北兩大學派。北方學派由強巴?南傑桑（一三九四——一四七五）創建，特點是善用溫熱藥物，制方所用藥味較多，長於灸法、放血及對風濕性疾病的治療。南方學派的創始人是索卡?年姆尼多吉（一四三九——一四七五），學術特點是善用清解藥物製劑藥味少，長於應用地方草藥治療溫熱疾病。南北兩學派又各自形成支派。 清代拉薩、日喀則等地建立了藏醫學校，以吐蕃時代的藏醫著作《四部醫典》為教材。還經常延聘名醫到布達拉宮講學。醫學流派最著名的是由南方學派發展來的直貢學派和西康學派。前者是十七世紀中期由直貢?曲扎在墨竹工卡地區的直貢寺創立；後者是十八世紀時司徒?曲吉瓊奈創立於昌都德格地區。西康學派受漢醫的影響較大。 以正骨、飲食療法為特色的蒙醫體系是元代以來逐步形成的。十四世紀初，印度經典《金光典》譯為蒙文，其中的醫學理論傳入蒙古。此後又受藏醫、漢醫、阿拉伯醫的影響，有了長足發展，逐漸形成三個派別：一是傳統蒙醫學派，以擅長骨科和飲食療法為特徵；二是藏醫學派，奉《四部醫典》為經典，具有較高的醫學理論水平。三是近代蒙醫學派，形成於十七世紀末葉，主張蒙醫與藏醫相結合。既注重傳統療法，又重《四部醫典》。各派都著書立說，出現了一些著名的醫家。 （三）農學著作與技術科學 一、《農政全書》 明代人口增長，嘉靖以來，水旱頻仍。農學受到學者的重視。繼承前代編修農書的傳統，出現了農學的集大成著作《農政全書》。 《農政全書》作者徐光啟（一五六二——一六三三年）字子先，號玄扈，官至太子太保，文淵閣大學士。入仕前即與傳教士利瑪竇等人相往還，譯註《幾何原本》等西方科技著作。晚年著《農政全書》六十卷，分「農本」、「田制」、「農事」等十二門。以彙輯古農書的記載為主，輔以作者本人的經歷和述評。書中極重水利，以能否灌溉作為區分成田、荒田的標誌，認為「凡地得水皆可田」，農業不發展的根本原因是「水利不修」（《農政全書》卷十六）。「救荒」一門，篇幅幾占全書的三分之一，表明作者關心民間疾苦，也是明末局勢衰敗，災荒嚴重的反映。 明代，自美洲經南洋輸入玉米、番薯、馬鈴薯、花生、菸草等多種農作物。《農政全書》詳細記述了番薯的種植、貯藏、加工法。講到番薯育苗越冬、剪莖分種、扦插、窖藏干藏等技術，是最早系統介紹番薯種植法的著作。 此後清人陳世元撰《金薯傳習錄》，記述了冷床育苗，包世臣《齊民四術》中記述了翻蔓技術，番薯種植技術逐漸完善。木棉的種植，至明朝已有數百年歷史，種植法於農書中屢見記載，但《農政全書》首次把種植經驗總結為「精揀核、早下種、深根短干、稀科肥壅」的十四字訣。《農政全書》中論除蝗的文字雖然不多，卻是徐光啟實地考察的結果。如論蝗蟲生殖：「蝗蟲下子，必擇堅垎黑土高亢之處，用尾栽入土中下子。深不及一寸，仍留孔竅，? .勢如蜂窠。」「一蝗所下十餘，形如豆粒，中止白汁。漸次充實，因而分顆，一粒中即有細子百餘。或雲一生九十九子，不然也。」（《農政全書》卷四《四備荒考中》）觀察十分細緻，具有較高的科學水平。《全書》中還著錄《泰西水法》，采自徐光啟譯，傳教士熊三拔著《水法本論》，其中介紹的汲水具：龍尾車、恆升車、玉衡車等在我國農村流被極廣。 明清兩代，農學著述極多。據不完全統計，明代有一百餘種，清代超過二百種。明人的名著還有鄺璠《便民圖纂》、馬一龍《農說》、耿蔭樓《國脈農天》、璉川沈氏的《沈氏農書》，清代有張履祥《補農書》、楊屾《知本提綱》、潘曾沂《潘豐裕莊本書》、李彥章《江南催耕課稻篇》等。這些著述從不同角度研究農業生產技術，對農學的發展作出了貢獻。 二、《天工開物》 繼《農政全書》之後出現的《天工開物》是科學技術史上的又一部奇書。作者宋應星，字長庚，江西奉新縣人，生於一五八七年，卒於清順治間。《天工開物》成書於一六三七年，分上、中、下三卷，分為「乃粒」、「乃服」、「彰施」等十八目。分別記述織染、農產品加工、製鹽、製糖、陶冶、舟車等手工業生產，是世界最早的一部手工業生產技術專著。 《天工開物》記述了明代許多先進的手工業技術，如用雜交法培養桑蠶的優良品種，蠟模鑄造法、千鈞以上大錨的鍛造法、火法煉鋅等等。這些雖然不全是明代的發明，卻由於《天工開物》的記述而得以使人了解和傳布。《天工開物》還收載了自國外傳來的技術，如倭緞織造法，朝鮮及西洋棉布染整法，紅夷炮、佛朗機冶鑄法，日本與朝鮮海船的製造法等等。表明海外技術的不斷傳入，已成為人們不可缺少的知識。 三、技術科學 明清兩代的技術科學，一般說來，進步遲緩，但在建築、紡織、機械製造等也取得了一些新成就，並有專門著述傳世。 建築——宋代李誡著《營造法式》，是我國古代建築學的重要專著。清工部編制《工部工程做法則例》是又一部建築學專書。本書於雍正十二年（一七三四年）由清工部刊印行世。全書共七十卷，前二十七卷是二十七種不同規格的殿堂廊屋的「大木作」（梁、柱、檁、椽、斗拱等主體木構件的製作）例，將各種「大木」構件的尺寸一一注出；後二十四卷是工料估算法；其餘各卷分別記述「小木作」（門窗、天花、勾欄、照壁等附屬設施的木件作法）、「石作」、「磚作」、「瓦作」、「彩畫作」等。與宋《營造法式》相比，本書反映的建築風格的變化主要是：斗拱攢數增加、尺寸權衡變小，表現出斗拱的裝飾性增強，功能性降低；舉架（屋面坡度）較峻，出檐（檐柱到撩檐檁間的水平距離）較少，柱有收分（每高一丈，柱徑收七分），使建築外形更加俊秀，不似宋代以前那樣幽深樸拙；台基、須彌座、勾欄等的線腳較少，手法更加簡練；材料截面的寬高比接近正方形，而宋式為三比二。總的看來，清式宮廷建築的技術性提高，但由於追求裝飾性，向著華艷方向發展，從材料力學的角度看，科學性反而有所降低。 《則例》的缺點是書中記述的只是建築構件的絕對尺寸，而不是各部尺寸比例，使用不便。其次，對各部件的裝配位置、功能、加工步驟都無解釋，讀者利用有不少困難。但它仍然是了解清式建築的重要著作。 紡織——紡織歷來是手工業中的重要部門。明代，古老的絲織和新興的棉紡形成兩大部類。有關紡織技術的紀錄和研究，主要見於《天工開物》一書。 《天工開物》記載，明代養蠶已知用雜交法培育優良蠶種。練絲法用豬胰或烏梅。豬胰中含有蛋白酶，對絲膠水解有催化作用，所以練減率高，又不損傷絲質，後世一直沿用此法。《天工開物》還載有紡織五枚經斜紋綾的織綾技術。棉布到明代已取代絲麻，成為普遍使用的織物。《天工開物》說：「凡棉布，寸土皆有，而織造尚松江。」松江歷來是棉織業的中心。明代松江棉布，分為標布、中機和山布三類。山布最窄且短。標布最寬，行銷全國，遠達海外。《農政全書》記載，江西樂安紡車，一車五繀（音歲sui，繅車）。較舊車只容三繀，有所改進，但以手指操作，仍極困難。英國在一七六八年製成珍尼紡紗機，以機器牽引，一車可多達十九繀。明清時代的中國，卻未能出現這樣的機械。 機械製造——明代西方的某些器械東傳，中國開始仿造。崇禎二年（一六二九年），明廷應徐光啟請求，決定製造望遠鏡。據《明史?天文志》記載，系由兩個鏡片組成，用於天文觀測和「望敵施炮」。自鳴鐘由利瑪竇帶入中國。徐光啟曾受命造自鳴鐘，作為測天儀器，大約由於精度不夠，當時的天文計時仍以日晷、漏壺為主。清代制鐘技術才得到發展。 明朝使用火藥火器始於「靖難之役」（見朱國禎《涌幢小品》卷十二），明成祖平交趾，得神機槍炮法，特設了神機營習練。此後，中國匠人續有發明。正德間，佛朗機海舶來中國，在嘉靖二年（一五二三年）的海戰中，船上火炮被明軍俘獲，稱之為「佛朗機」。白沙巡檢何儒仿製成功，明軍中才有了各式佛朗機炮。大者重千餘斤，射程數百步，號稱「大將軍」。萬曆後又得西洋紅夷炮，長二丈余，重達三千斤，「能洞裂石城，震數十里」。崇禎時，徐光啟以重資從廣澳募集西洋工匠製造。明末軍器局製造的中外各式火器已有數十種之多（參見《明史?兵制四》）。清康熙帝為平三藩之亂，命南懷仁監製大小西洋火器，在蘆溝橋試放，受到康熙帝的稱讚。日本的火器技術這時也傳入中國。日本鳥銃，裝有瞄準具（照星和照門），發無不中，射程又遠，是中國輕型火器中比較優良的一種（納蘭容若《淥水亭雜識》卷三）。 明末西洋教士鄧玉函與中國士人王徵共撰《奇器圖說》三卷，是機械製造學的專著。卷一介紹有關重心、重力線、比重、浮力、壓強等基本概念以及相關的定理、定律，還介紹了固體、液體（書中稱干、濕二體）的某些性質。卷二把機械元件分作六類：天平、等子（不等臂稱）、槓桿、滑車、圓輪和藤線（即螺旋），分別介紹了各自的使用原理和計算方法。其中說「器之能力最大者，其用時必多」，即省力的器械必然費時。在能量守恆定律正式確立之前，作為一個傳教士能在機械中提出這樣的表達式，是難能可貴的。卷三是實用器械圖，包括起重十一圖，引重四圖，轉重二圖，取水九圖，轉磨十五圖，解木四圖，解石、轉碓、書架、水日晷、代耕各一圖，水銃（抽水唧筒）四圖，總計五十四圖，並附有說解。《奇器圖說》第一次使中國零散的力學器械納入理論體系，提供了研究器械的科學方法， 在中國機械製造史中具有重要的意義。