中国社会进入近代以后，随着国内外政治、经济、文化等形势的重大变化，中国的科技发展也深受时代影响，出现了不少重要的科技革新与发明。

鸦片战争引起了中国社会的转折，也引起了中国科技发展的变化。“清王朝的声威一遇到不列颠的枪炮就扫地以尽，天朝帝国万世长存的迷信受到了致命的打击，野蛮的、闭关自守的、与文明世界隔绝的状态被打破了。”[6]外国人枪炮的重创使中国朝野中的一些人放弃了妄自尊大的虚骄心理，开始走上学习西方的道路。这种学习西方也只能从人们所见到的和所需要的出发，学习对象理所当然首先就是“坚船利炮”即兵器。19世纪60年代起，洋务事业最先兴办的是军事工业。洋务派兴办军事工业，对军工技术的需求变得十分迫切，一些与军事有关的发明与革新就应运而生，并成了这一时期发明和研究的主要方向。

丁拱辰著《演炮图说》

在新式火炮的制造技术方面，著名工艺师丁拱辰、龚振麟做出了极为突出的贡献。在鸦片战争期间，他们都参加了清政府改进武器的工作。丁拱辰发明了滑车绞架，这种绞架能够使炮身上下左右转动，改变射击角度和方位，灵巧坚牢，操纵便捷，在广东省河内炮台安装，新修的战船上也都安设，使用起来非常合用。他还发明了实心弹和通心弹，改进了炮弹的铸造工艺，减轻了弹体重量，增加了射程。龚振麟在兵器制造方面突出的贡献是发明了铁模铸炮法和枢机炮架。中国以及世界各国在当时的铸炮方法普遍采用的是泥模。泥模的最大缺陷是只能一次性使用，用后即告报废，而且泥模不易干透，这样在铸造过程中往往不能保证随时开工，直接影响铸造的质量和效率。龚振麟发明的铁模铸炮法，可以反复使用铁模，而且不受气候条件影响，随时随地可以开工，生产出来的火炮质量也大大提高，因此备受欢迎。铁模铸炮法是龚振麟首创，国外直到30年后才使用铁模铸炮法。另外，旧式炮的炮架十分笨重，只能直击，不能左右提转、前后移动，在很大程度上限制了大炮在作战中威力的发挥。龚振麟参照了英国炮架以及林则徐从广东带来的磨盘炮架，对二者的长处予以吸收，创造出一种新型的枢机炮架。这种炮架分两层，下层安轮子，上层中心贯以铁柱，炮耳以后仍列梯阶。使用这种炮架使向来难以操纵的大炮，只需一两个人便可随意变换角度和方向，可以普遍用于战舰、炮台、城关的攻守，提高了大炮的作战能力。此外，他们还在中西结合的基础上写成有关火器制造与运用的著作，在一定程度上推广了他们的发明与制造。丁拱辰著有《演炮图说》、《演炮图说辑要》，归纳了各种西方火炮、轮船、炮弹的制造方法，炮位的安放，测量各种火炮射击远近高低的方法，各种火炮的类型及其应用，以及炮台、炮位的建造与安置等问题。龚振麟著有《铁模铸炮图说》、《枢机炮架图说》、《铁模制法》、《铁模铸炮法》、《铁模全图》，对自己的各种发明以及具体的制造方法予以详细的说明，是世界上最早论述铁模铸造法的科技著作之一。

除了在火炮研究方面中国工艺师取得了重大成就以外，在其他武器的研制方面也有一些人有所建树。丁守存等人试制成功的新式地雷，解决了中国传统的地雷必须采用人工起爆的问题，实行了自动起爆，使中国地雷制造技术向前迈进了一大步。同时他还发明了石雷、石炮，在军火制造方面取得一定的成绩。在研制火药方面，中国虽然是制造和使用火药最早的国度，但是在技术上一直停留在配制黑色火药的阶段，没有重大突破。近代以后，中国先是引进了国外制造硝酸棉火药的技术，而制造这种火药需要大量强水（即三大强酸，此处主要是指硝酸），这是中国当时无法生产的，全部靠进口。西方国家乘机抬高价格，乘机向中国勒索白银。为了“自制强水，以塞漏卮”，华蘅芳、徐建寅等人分别在龙华火药厂、江南制造总局等机构精心研制出中国自己的强水，“所费视外国购者值三分之一耳”，[7]从此，中国军队的火药大部分能够自己生产，打破了外国在这方面的垄断。后来，国外在军火生产中广泛使用了无烟火药，为了大量向中国倾销军火，在无烟火药的技术上列强对中国实行情报封锁。汉阳兵工厂曾经以重金聘请外国技术人员研制无烟火药，但是这些人不愿让中国人掌握制造无烟火药的技术，中途撤走，造成“洋工离厂，成药无期”的局面。在这种情况下，徐建寅担负了研制无烟火药的艰巨任务，他不顾个人安危，“日手杵臼，亲自研炼”，经过数月努力，到1901年春，终于研制成功无烟火药。他所制成的棉质无烟火药，“试验其力，可与外洋之药相仿”。以后他又负责将无烟火药投入生产，在汉阳钢药厂监造无烟火药，不幸因火药爆炸，以身殉职。

徐建寅像

洋务派学习西方先进科技的主要内容为“坚船利炮”，与制造军火几乎处于同等重要地位的还有造船技术。在造船方面，中国科学家经过数十年时间和几代人的努力，取得了不少成绩，在中国造船史上写下了光辉的一页。为了抵御侵略，林则徐在1840年就提出造船建议，并仿造过战船；魏源主张国人自行设厂造船，并在他所著的《海国图志》一书中刊印了造船资料；郑复光曾撰写了造船专书《火轮船图说》，并与丁守存一起对轮船制造作过专门研究。但是，都没有能够制造出近代蒸汽轮船来。曾国藩创立安庆军械所后，徐寿、华蘅芳等人着手研究制造蒸汽轮船。他们仅凭借在安庆江边见到的外国轮船而略知其机器运转梗概，又依据零星片段的资料，参考了1855年上海墨海书馆出版的《博物新编》初集中“热论”一章中有关蒸汽机的文字和略图，与全体设计人员通力合作，经过几个月的苦心设计，终于在1862年制造出中国第一台蒸汽机。此后他们又在工匠的配合下，陆续完成了船体结构的设计和有关数据的测算，解决了许多设计过程中出现的难题，于1864年，成功地建造了中国历史上第一艘机动木质轮船。1866年，这艘轮船正式下水试航。曾国藩“甚喜此船，因锡名‘黄鹄’，后在大江中屡次来往。”[8]“黄鹄”号轮船重25吨，长55尺，高压引擎，单汽筒，时速约40里。整个设计制造工作，都是由中国科技人员来完成，没有外国人参与。“推求动理，测算汽机，蘅芳之力为多；造器置机皆出寿手，不假西人。”[9]以后，他们又于1868年8月，在上海的江南制造总局研制了一艘轮船“恬吉”号（后改名“惠吉”号），比“黄鹄”的性能更加优越，制作更加精良。经过他们的努力，中国自己的造船事业终于迈出了宝贵的第一步。在徐寿、华蘅芳之后，一批经过专业训练的造船人才开始在中国造船行业中崛起，为中国的造船业发展作出了贡献。魏瀚就是其中突出的一员。魏瀚于1867年2月，考入左宗棠创办的福州船政局前学堂学习造船，毕业后开始在船政局担任技术工作。后来，他又与陈兆翱等人赴法留学造船，学习成绩优异，得到人们的赞许。回国后，魏瀚被派在福州船政局工程处“总司制造”，相当于总工程师的职务。在他的带动下，一批出色的造船专家如陈兆翱、郑清濂、李寿田、吴德章等人来到船政局，工程处成为以中国自己的工程技术人员代替洋员办公所而设立的一个技术性机构，充当了船政局的技术指导中心。在全体工程人员的努力下，福州船政局第一艘巡洋舰“开济”号于1880年10月开始试制，经过两年多的时间，完成了该军舰的制造。这艘军舰长26.58丈，宽3.6丈，马力2400匹，排水量2200吨，为“中华所未曾有之巨舰”。同时，他们还建造了3艘快船，使中国造船水平进了一大步。他们在造船过程中，努力将目标瞄准世界先进科技水平，力争缩小与世界造船先进国家之间的差距。1887年底，福州船政局第一艘铁甲舰“龙威”号在魏瀚的监制下入水。这艘军舰是仿造法国1885年建成的、堪称最新式和最先进的双机铁甲兵船“柯袭德”舰船样式，经过魏瀚等人进行精心研究，在较短时间制造出来的，代表了中国船政科技人员自造船舶的最高水平，受到了国外同行的称赞。但是，由于中国基础工业的薄弱，无法供应造船所需的各种关键材料，中国生产的各种大型轮船所需的优质钢材、钢甲以及汽机、推进器等重要部件大多数是选用外国的成品进行装配的，这在很大程度上限制了中国造船业的正常发展。

冯如像

在军工技术发明方面，一些旅居海外的华人在一些领域中取得的优异成绩也值得注意。这些发明同样是中国近代科技不可缺少的一个重要组成部分。例如，冯如在飞机的设计、研制方面取得的重大成就，就是中国对世界航空业的重要贡献之一。20世纪初，美国人莱特兄弟发明了世界上第一架飞机。使旅居美国的冯如受到启发，认为“当此竞争时代，飞机为军事上万不可缺之物。倘得千数百万飞机分守中国港口，微特足以固吾圉，并足以慑强邻矣。”[10]为此，他在1907年9月变卖了自己的金玉作坊，又在旧金山华侨中募集资金，筹集了千余美元，开始研制飞机。几经艰苦努力，他终于在1909年制成第一架飞机。这架飞机的机翼、方向舵、螺旋桨、内燃机等大小部件全部仿制莱特式飞机。同年9月21日，冯如在美国奥克兰驾机试飞，结果飞行距离达2640英尺，比莱特兄弟于1903年发明的飞机首次试飞航程长1788英尺。这次试飞的成功，翻开了中国飞机设计制造和航空史的第一页。接着，他又进一步扩大自己的事业，与旅美华侨黄梓材等人发起创立广东机器制造公司，公开招股。1909年10月公司成立，黄梓材任总经理，冯如任总机械师，这是中国人创办的第一个飞机制造公司。不久，冯如又研制了一架新飞机。这架飞机性能更好，机翼长29.5英尺，翼宽4.5英尺，内燃机为30马力，螺旋桨转速每分钟1200转。1910年10月，国际飞行学会在旧金山举办飞行比赛。冯如驾机参赛，飞行高度700多英尺，时速65英里，航程20英里，打破了一年前在法国理姆斯举行的第一届国际飞行比赛中高度冠军拉塔姆的508英尺、速度冠军柯蒂斯的47.2英里的纪录，荣获优等奖。经过张元济的工作，冯如放弃了国外的重金聘请，毅然决定报效祖国。1911年2月，冯如将广东机器制造公司改名为广东飞行器公司，然后偕同助手，携带制造飞机的机器和自制的两架飞机回国。辛亥革命中参加革命，后在一次试飞当中以身殉职。与此同时，清政府也在着手筹建空军，在北京南苑设立了一个航空机构，向日本购进一批器材，派人在五里甸试制飞机，又派在英国纳生布敦工业学校留学的浙江人厉汝燕，进入布列斯托飞机制造厂附设的航空学校学习飞行。

19世纪70年代以后，随着对西方世界了解的加深，以及在洋务派兴办军工企业过程中出现的资金短缺、原材料不足、人才匮乏、交通运输落后等始料不及的一系列困难，洋务派逐步懂得了“必先求富而后能强”的道理，主张创办投资少、利润高、资金周转快的民用企业，以便为军事工业提供足够的资金和健全的国民经济的基础依托。因此，他们从强调“自强”转而倡导“求富”，在兴办军事工业的基础之上，又进而大力创办民用企业。在甲午战争之前，洋务派大约举办了20多个民用企业，涉及航运、采矿、冶炼、纺织、电信等工业交通运输业。甲午战争以后，中国民族资本发展出现了一个小的**，辛亥革命推翻了封建帝制，为民族资本主义发展创造了有利条件，各类近代企业的形成发展为各种应用科学和技术的传播推广造就了客观的需求与动力。加之，19世纪末20世纪初，中国一些知识分子提出的“科学救国”、“实业救国”等思想主张的作用，近代应用科学与技术得到了一定的发展进步。

在这些民用科技当中，铁路建设取得的成就比较突出。中国的铁路事业开展较晚，直到1881年，出于运输煤炭的需要，清政府在唐山至胥各庄修建了一条长10多公里的铁路。同时，还制造了一辆火车，这台机车虽然使用的是进口卷扬机上的锅炉，车轮及车身钢材也是进口的，但是仍然是近代技术史上在中国制造的第一辆机车。在此后的铁路兴修的过程中，随着实践经验的不断积累，一些中国工程师开始走上独立主持铁路的设计工作，并取得了相当大的成绩，赢得了国际同行的尊重。在这些工程师当中，詹天佑是其中的佼佼者。

詹天佑像

詹天佑（1861—1919），字眷诚，广东南海人。1872年，他作为清政府派出的第一批幼童官费留美的学员之一，在容闳的带领下赴美国留学。经过数年学习，1881年他获得了耶鲁大学雪费尔科学学院的土木工程科学士学位。同年秋，回到中国。1888年，受聘为中国铁路公司工程师，参与修筑津塘铁路（天津至塘沽一线）。1891年，清政府决定修建关东铁路（含关内段），詹天佑升任为分段工程师。1892年，铁路修至滦河，在造桥工程中，英、日、德籍工程师筹划相继失败，詹天佑承担了修桥任务。他仔细地研究了滦河河床的地质构造，掌握了第一手资料并吸取以往外籍工程师失败的教训，采用压汽沉箱法修筑桥墩，在中国铁路修筑史上首次采用这种方法，并获得成功。由于在工程中的杰出表现，1894年詹天佑被选为英国土木工程师学会会员，“这是外国人第一次吸收中国人参加其有较大代表性的学术团体”，[11]为中华民族赢得了荣誉。1902年，詹天佑主持修建新城高碑店至易县西陵梁各庄的谒陵专用线，即京汉铁路新易支线，这是中国工程师第一次独负全责修建铁路。在这条铁路的施工过程中，他突破了原来的“路基需要风干一年才能钉道”的筑路陈规，在保证质量的前提下，一边垫路基，一边铺铁轨，在别人认为不可能完工的时间期限中完成了施工任务。1905年，由北京通往张家口的京张铁路开始兴修。在直隶总督、督办铁路大臣袁世凯的举荐下，清政府任命詹天佑为京张铁路总工程师兼会办，1907年又进一步任命其为总办。接任之后，詹天佑立即建立起一支由北洋武备学堂附设铁路工程班学员、山海关铁路学堂毕业生以及在修筑关内外铁路中共事多年的熟练工人等组成的工程技术队伍，并拟定了选线方案。在艰苦的实地勘探工作基础之上，通过反复比较研究以后，詹天佑确定京张铁路的线路，即由南口关沟穿过，经自古以来就有“天险”之称的居庸关、八达岭一带通往张家口，长约200公里。消息传出，在外国工程界引起了很大震动，他们对中国人能否胜任这样的艰巨工程产生相当大的怀疑。有人更是直接加以讥讽，认为“中国工程师能建筑铁路通过南口者，此人尚未出世”。外国人持如此态度，除了其固有的轻视中国的心理之外，工程的巨大难度也是他们作出这种判断的重要理由。京张铁路虽然不长，但是路段地形十分艰险复杂。按照欧美人的设计，仅南口关沟段要在悬崖绝壁上修起一条陡险的铁路，穿过八达岭需要开凿一条长达2000多米的隧道，工程的艰险在当时世界上也是少见的。面对外国人的怀疑和讽刺，詹天佑以兴修京张铁路的成功向世界证明了中国能修这段铁路的工程师不仅已经出世，而且完全可以胜任。整个铁路工程的难度最大的是关沟段，解决这一路段的关键问题是铁路爬高和开凿越岭隧道。詹天佑在其他工程技术人员的配合下，精心设计和成功实施了一系列创造性的筑路、开洞方案。南口至八达岭高低相差180尺，按照一般设计要求，火车爬山时每升高1尺，至少有100尺的线路。而整个南口关沟段的长度仅为33里，在短距离内将铁路大大抬高，如果采用一般做法，势必要增加长度和弯度。根据实际可能，詹天佑大胆地推翻了以往成例，采用了千分之三十三的爬高坡度，即每修筑1000米线路就垫高33米。为了克服由此引起的上下陡坡的困难，他采用两辆机车推挽列车的办法，既有效地减少了铁路的长度和弯度，又保证了行车的安全与速度。在青龙桥车站附近，修筑了一条“人”字形铁路，也用很陡的坡度使火车先往西走一段，升高一层，然后再往东走一段，再上升一层，因而在原来有限回旋余地的半山中，将铁路抬高，同时也就将隧道的高度提高，减少了隧道的长度。这样，八达岭的隧道长1091.18米，比外国工程师的设计减少了一半，还取消了鹞几梁、九里桥等地的隧道，大大节省了工程用款、缩短了工期。在隧道开凿时，他改变了传统开凿隧道仅从两端施工的做法，采用中部凿井法，从山顶打下两口竖井，到达路基高度，再分两头向洞口开凿。这样就有6个工作面可以同时施工，仅用18个月时间就打通八达岭隧道，使工期缩短了一半。1909年9月，京张铁路全线竣工。它的全部工程都是由中国人自己修建的，施工期不满4年，共用工程款600多万两，这是当时成本最低的铁路干线之一。

在冶金技术方面，中国企业逐步学习并掌握了西方近代冶金技术，在生产中采纳运用。最早采用这些技术的企业，是洋务派兴办的各种冶炼工厂。江南制造总局在1890年开始设立炼钢厂，建立了一座15吨酸性平炉，每日可出钢3吨，是中国最早的炼钢平炉之一。1893年，张之洞在湖北建成汉阳铁厂，厂中建有100吨高炉两座，8吨平炉一座。1894年5月，中国第一座近代炼钢高炉在汉阳铁厂开炉生产。1908年2月，汉阳铁厂、大冶铁矿、萍乡煤矿合并为“汉冶萍煤铁厂矿公司”。各厂矿分别进行了改建，设备有100吨高炉两座，250吨高炉一座，50吨平炉6座，还配有轧机以及机械化矿山设备等，初步形成了一个钢铁联合企业。这些冶金设备以及技术水平在当时世界上是比较先进的，但是由于受封建官僚机制的制约和帝国主义国家的控制倾轧，这些先进设备与先进技术在当时没有充分发挥其应有的效益，中国的钢铁生产能力依然十分落后。除了冶炼钢铁外，其他有色金属在19世纪末20世纪初转而采用近代方法进行生产。

在机器制造方面，1865年设厂的江南制造总局，从美国引进成套的机器设备，除了作为动力机械的锅炉、蒸汽机以外，还有打眼、铰螺丝、镟木、铸弹、制造枪炮等工作机械，并设有汽锤车间，为中国近代机械工业的形成奠定了基础。在建筑方面，随着近代建筑形式和近代建筑技术在中国的传播，中国工程科技人员和工匠逐渐掌握了西方近代建筑艺术形式和施工方法，在一些开放的都市建造了一批具有新式风格的近代建筑。近代上海建筑业领袖之一的杨斯盛于1880年创立了中国最早的近代建筑营造企业“杨瑞记营造厂”，并于1893年成功地建造了当时规模最大、式样最新的西式建筑上海江海关新关，得到社会的称赞。以后在中国建筑师的设计下，又有一些近代建筑在中国土地上矗立起来，如清政府陆军部大楼等等。通过这些建筑活动，中国建筑界逐步学习并掌握了西方近代建筑科技和施工方法，使中国近代建筑业渐渐由传统走向近代。另外，在化工、纺织、印刷、制革、农产品加工、民用事业等方面，中国近代逐步开始引进有关的机器设备进行生产，但机器的普及以及生产水平都不是很高，只有少数行业的机器运用和水平达到一定水准，其余大多数企业主要以手工生产为主，辅助以一定的机械工具。

近代以后，随着一些西方的消费娱乐方式逐步被中国人所接受，一些与此相关的科技发明和生产也有出现。例如，西方摄影传入中国后，中国科学家对照相机的工作原理以及制作方法有了比较深入的了解，在这方面取得了一定的成果。邹伯奇在对有关光学知识进行了深入研究后，在科学原理的指导下，发明了显示影像的暗箱，并于1844年研制成功摄影器，在此基础上做成了中国最早的一架照相机。据现存的照相玻璃底版来看，虽距今已有100多年，但影像仍然十分清晰，可见技术和工艺还是比较先进的。同时，他还对自己发明的照相机的结构和照相过程作了详细的论述，写成比较完整的几何光学著作《格术补》，成为中国历史上关于湿版照相术的一篇重要文献。在这篇文章中，既有学习西方照相术的精华之处，又有他自己的因地制宜的独到发明，反映出当时中国科学界在光学理论研究和摄影器具制造方面的水平。