中國社會進入近代以後，隨著國內外政治、經濟、文化等形勢的重大變化，中國的科技發展也深受時代影響，出現了不少重要的科技革新與發明。

鴉片戰爭引起了中國社會的轉折，也引起了中國科技發展的變化。“清王朝的聲威一遇到不列顛的槍炮就掃地以盡，天朝帝國萬世長存的迷信受到了致命的打擊，野蠻的、閉關自守的、與文明世界隔絕的狀態被打破了。”[6]外國人槍炮的重創使中國朝野中的一些人放棄了妄自尊大的虛驕心理，開始走上學習西方的道路。這種學習西方也隻能從人們所見到的和所需要的出發，學習對象理所當然首先就是“堅船利炮”即兵器。19世紀60年代起，洋務事業最先興辦的是軍事工業。洋務派興辦軍事工業，對軍工技術的需求變得十分迫切，一些與軍事有關的發明與革新就應運而生，並成了這一時期發明和研究的主要方向。

丁拱辰著《演炮圖說》

在新式火炮的製造技術方麵，著名工藝師丁拱辰、龔振麟做出了極為突出的貢獻。在鴉片戰爭期間，他們都參加了清政府改進武器的工作。丁拱辰發明了滑車絞架，這種絞架能夠使炮身上下左右轉動，改變射擊角度和方位，靈巧堅牢，操縱便捷，在廣東省河內炮台安裝，新修的戰船上也都安設，使用起來非常合用。他還發明了實心彈和通心彈，改進了炮彈的鑄造工藝，減輕了彈體重量，增加了射程。龔振麟在兵器製造方麵突出的貢獻是發明了鐵模鑄炮法和樞機炮架。中國以及世界各國在當時的鑄炮方法普遍采用的是泥模。泥模的最大缺陷是隻能一次性使用，用後即告報廢，而且泥模不易幹透，這樣在鑄造過程中往往不能保證隨時開工，直接影響鑄造的質量和效率。龔振麟發明的鐵模鑄炮法，可以反複使用鐵模，而且不受氣候條件影響，隨時隨地可以開工，生產出來的火炮質量也大大提高，因此備受歡迎。鐵模鑄炮法是龔振麟首創，國外直到30年後才使用鐵模鑄炮法。另外，舊式炮的炮架十分笨重，隻能直擊，不能左右提轉、前後移動，在很大程度上限製了大炮在作戰中威力的發揮。龔振麟參照了英國炮架以及林則徐從廣東帶來的磨盤炮架，對二者的長處予以吸收，創造出一種新型的樞機炮架。這種炮架分兩層，下層安輪子，上層中心貫以鐵柱，炮耳以後仍列梯階。使用這種炮架使向來難以操縱的大炮，隻需一兩個人便可隨意變換角度和方向，可以普遍用於戰艦、炮台、城關的攻守，提高了大炮的作戰能力。此外，他們還在中西結合的基礎上寫成有關火器製造與運用的著作，在一定程度上推廣了他們的發明與製造。丁拱辰著有《演炮圖說》、《演炮圖說輯要》，歸納了各種西方火炮、輪船、炮彈的製造方法，炮位的安放，測量各種火炮射擊遠近高低的方法，各種火炮的類型及其應用，以及炮台、炮位的建造與安置等問題。龔振麟著有《鐵模鑄炮圖說》、《樞機炮架圖說》、《鐵模製法》、《鐵模鑄炮法》、《鐵模全圖》，對自己的各種發明以及具體的製造方法予以詳細的說明，是世界上最早論述鐵模鑄造法的科技著作之一。

除了在火炮研究方麵中國工藝師取得了重大成就以外，在其他武器的研製方麵也有一些人有所建樹。丁守存等人試製成功的新式地雷，解決了中國傳統的地雷必須采用人工起爆的問題，實行了自動起爆，使中國地雷製造技術向前邁進了一大步。同時他還發明了石雷、石炮，在軍火製造方麵取得一定的成績。在研製火藥方麵，中國雖然是製造和使用火藥最早的國度，但是在技術上一直停留在配製黑色火藥的階段，沒有重大突破。近代以後，中國先是引進了國外製造硝酸棉火藥的技術，而製造這種火藥需要大量強水（即三大強酸，此處主要是指硝酸），這是中國當時無法生產的，全部靠進口。西方國家乘機抬高價格，乘機向中國勒索白銀。為了“自製強水，以塞漏卮”，華蘅芳、徐建寅等人分別在龍華火藥廠、江南製造總局等機構精心研製出中國自己的強水，“所費視外國購者值三分之一耳”，[7]從此，中國軍隊的火藥大部分能夠自己生產，打破了外國在這方麵的壟斷。後來，國外在軍火生產中廣泛使用了無煙火藥，為了大量向中國傾銷軍火，在無煙火藥的技術上列強對中國實行情報封鎖。漢陽兵工廠曾經以重金聘請外國技術人員研製無煙火藥，但是這些人不願讓中國人掌握製造無煙火藥的技術，中途撤走，造成“洋工離廠，成藥無期”的局麵。在這種情況下，徐建寅擔負了研製無煙火藥的艱巨任務，他不顧個人安危，“日手杵臼，親自研煉”，經過數月努力，到1901年春，終於研製成功無煙火藥。他所製成的棉質無煙火藥，“試驗其力，可與外洋之藥相仿”。以後他又負責將無煙火藥投入生產，在漢陽鋼藥廠監造無煙火藥，不幸因火藥爆炸，以身殉職。

徐建寅像

洋務派學習西方先進科技的主要內容為“堅船利炮”，與製造軍火幾乎處於同等重要地位的還有造船技術。在造船方麵，中國科學家經過數十年時間和幾代人的努力，取得了不少成績，在中國造船史上寫下了光輝的一頁。為了抵禦侵略，林則徐在1840年就提出造船建議，並仿造過戰船；魏源主張國人自行設廠造船，並在他所著的《海國圖誌》一書中刊印了造船資料；鄭複光曾撰寫了造船專書《火輪船圖說》，並與丁守存一起對輪船製造作過專門研究。但是，都沒有能夠製造出近代蒸汽輪船來。曾國藩創立安慶軍械所後，徐壽、華蘅芳等人著手研究製造蒸汽輪船。他們僅憑借在安慶江邊見到的外國輪船而略知其機器運轉梗概，又依據零星片段的資料，參考了1855年上海墨海書館出版的《博物新編》初集中“熱論”一章中有關蒸汽機的文字和略圖，與全體設計人員通力合作，經過幾個月的苦心設計，終於在1862年製造出中國第一台蒸汽機。此後他們又在工匠的配合下，陸續完成了船體結構的設計和有關數據的測算，解決了許多設計過程中出現的難題，於1864年，成功地建造了中國曆史上第一艘機動木質輪船。1866年，這艘輪船正式下水試航。曾國藩“甚喜此船，因錫名‘黃鵠’，後在大江中屢次來往。”[8]“黃鵠”號輪船重25噸，長55尺，高壓引擎，單汽筒，時速約40裏。整個設計製造工作，都是由中國科技人員來完成，沒有外國人參與。“推求動理，測算汽機，蘅芳之力為多；造器置機皆出壽手，不假西人。”[9]以後，他們又於1868年8月，在上海的江南製造總局研製了一艘輪船“恬吉”號（後改名“惠吉”號），比“黃鵠”的性能更加優越，製作更加精良。經過他們的努力，中國自己的造船事業終於邁出了寶貴的第一步。在徐壽、華蘅芳之後，一批經過專業訓練的造船人才開始在中國造船行業中崛起，為中國的造船業發展作出了貢獻。魏瀚就是其中突出的一員。魏瀚於1867年2月，考入左宗棠創辦的福州船政局前學堂學習造船，畢業後開始在船政局擔任技術工作。後來，他又與陳兆翱等人赴法留學造船，學習成績優異，得到人們的讚許。回國後，魏瀚被派在福州船政局工程處“總司製造”，相當於總工程師的職務。在他的帶動下，一批出色的造船專家如陳兆翱、鄭清濂、李壽田、吳德章等人來到船政局，工程處成為以中國自己的工程技術人員代替洋員辦公所而設立的一個技術性機構，充當了船政局的技術指導中心。在全體工程人員的努力下，福州船政局第一艘巡洋艦“開濟”號於1880年10月開始試製，經過兩年多的時間，完成了該軍艦的製造。這艘軍艦長26.58丈，寬3.6丈，馬力2400匹，排水量2200噸，為“中華所未曾有之巨艦”。同時，他們還建造了3艘快船，使中國造船水平進了一大步。他們在造船過程中，努力將目標瞄準世界先進科技水平，力爭縮小與世界造船先進國家之間的差距。1887年底，福州船政局第一艘鐵甲艦“龍威”號在魏瀚的監製下入水。這艘軍艦是仿造法國1885年建成的、堪稱最新式和最先進的雙機鐵甲兵船“柯襲德”艦船樣式，經過魏瀚等人進行精心研究，在較短時間製造出來的，代表了中國船政科技人員自造船舶的最高水平，受到了國外同行的稱讚。但是，由於中國基礎工業的薄弱，無法供應造船所需的各種關鍵材料，中國生產的各種大型輪船所需的優質鋼材、鋼甲以及汽機、推進器等重要部件大多數是選用外國的成品進行裝配的，這在很大程度上限製了中國造船業的正常發展。

馮如像

在軍工技術發明方麵，一些旅居海外的華人在一些領域中取得的優異成績也值得注意。這些發明同樣是中國近代科技不可缺少的一個重要組成部分。例如，馮如在飛機的設計、研製方麵取得的重大成就，就是中國對世界航空業的重要貢獻之一。20世紀初，美國人萊特兄弟發明了世界上第一架飛機。使旅居美國的馮如受到啟發，認為“當此競爭時代，飛機為軍事上萬不可缺之物。倘得千數百萬飛機分守中國港口，微特足以固吾圉，並足以懾強鄰矣。”[10]為此，他在1907年9月變賣了自己的金玉作坊，又在舊金山華僑中募集資金，籌集了千餘美元，開始研製飛機。幾經艱苦努力，他終於在1909年製成第一架飛機。這架飛機的機翼、方向舵、螺旋槳、內燃機等大小部件全部仿製萊特式飛機。同年9月21日，馮如在美國奧克蘭駕機試飛，結果飛行距離達2640英尺，比萊特兄弟於1903年發明的飛機首次試飛航程長1788英尺。這次試飛的成功，翻開了中國飛機設計製造和航空史的第一頁。接著，他又進一步擴大自己的事業，與旅美華僑黃梓材等人發起創立廣東機器製造公司，公開招股。1909年10月公司成立，黃梓材任總經理，馮如任總機械師，這是中國人創辦的第一個飛機製造公司。不久，馮如又研製了一架新飛機。這架飛機性能更好，機翼長29.5英尺，翼寬4.5英尺，內燃機為30馬力，螺旋槳轉速每分鍾1200轉。1910年10月，國際飛行學會在舊金山舉辦飛行比賽。馮如駕機參賽，飛行高度700多英尺，時速65英裏，航程20英裏，打破了一年前在法國理姆斯舉行的第一屆國際飛行比賽中高度冠軍拉塔姆的508英尺、速度冠軍柯蒂斯的47.2英裏的紀錄，榮獲優等獎。經過張元濟的工作，馮如放棄了國外的重金聘請，毅然決定報效祖國。1911年2月，馮如將廣東機器製造公司改名為廣東飛行器公司，然後偕同助手，攜帶製造飛機的機器和自製的兩架飛機回國。辛亥革命中參加革命，後在一次試飛當中以身殉職。與此同時，清政府也在著手籌建空軍，在北京南苑設立了一個航空機構，向日本購進一批器材，派人在五裏甸試製飛機，又派在英國納生布敦工業學校留學的浙江人厲汝燕，進入布列斯托飛機製造廠附設的航空學校學習飛行。

19世紀70年代以後，隨著對西方世界了解的加深，以及在洋務派興辦軍工企業過程中出現的資金短缺、原材料不足、人才匱乏、交通運輸落後等始料不及的一係列困難，洋務派逐步懂得了“必先求富而後能強”的道理，主張創辦投資少、利潤高、資金周轉快的民用企業，以便為軍事工業提供足夠的資金和健全的國民經濟的基礎依托。因此，他們從強調“自強”轉而倡導“求富”，在興辦軍事工業的基礎之上，又進而大力創辦民用企業。在甲午戰爭之前，洋務派大約舉辦了20多個民用企業，涉及航運、采礦、冶煉、紡織、電信等工業交通運輸業。甲午戰爭以後，中國民族資本發展出現了一個小的**，辛亥革命推翻了封建帝製，為民族資本主義發展創造了有利條件，各類近代企業的形成發展為各種應用科學和技術的傳播推廣造就了客觀的需求與動力。加之，19世紀末20世紀初，中國一些知識分子提出的“科學救國”、“實業救國”等思想主張的作用，近代應用科學與技術得到了一定的發展進步。

在這些民用科技當中，鐵路建設取得的成就比較突出。中國的鐵路事業開展較晚，直到1881年，出於運輸煤炭的需要，清政府在唐山至胥各莊修建了一條長10多公裏的鐵路。同時，還製造了一輛火車，這台機車雖然使用的是進口卷揚機上的鍋爐，車輪及車身鋼材也是進口的，但是仍然是近代技術史上在中國製造的第一輛機車。在此後的鐵路興修的過程中，隨著實踐經驗的不斷積累，一些中國工程師開始走上獨立主持鐵路的設計工作，並取得了相當大的成績，贏得了國際同行的尊重。在這些工程師當中，詹天佑是其中的佼佼者。

詹天佑像

詹天佑（1861—1919），字眷誠，廣東南海人。1872年，他作為清政府派出的第一批幼童官費留美的學員之一，在容閎的帶領下赴美國留學。經過數年學習，1881年他獲得了耶魯大學雪費爾科學學院的土木工程科學士學位。同年秋，回到中國。1888年，受聘為中國鐵路公司工程師，參與修築津塘鐵路（天津至塘沽一線）。1891年，清政府決定修建關東鐵路（含關內段），詹天佑升任為分段工程師。1892年，鐵路修至灤河，在造橋工程中，英、日、德籍工程師籌劃相繼失敗，詹天佑承擔了修橋任務。他仔細地研究了灤河河床的地質構造，掌握了第一手資料並吸取以往外籍工程師失敗的教訓，采用壓汽沉箱法修築橋墩，在中國鐵路修築史上首次采用這種方法，並獲得成功。由於在工程中的傑出表現，1894年詹天佑被選為英國土木工程師學會會員，“這是外國人第一次吸收中國人參加其有較大代表性的學術團體”，[11]為中華民族贏得了榮譽。1902年，詹天佑主持修建新城高碑店至易縣西陵梁各莊的謁陵專用線，即京漢鐵路新易支線，這是中國工程師第一次獨負全責修建鐵路。在這條鐵路的施工過程中，他突破了原來的“路基需要風幹一年才能釘道”的築路陳規，在保證質量的前提下，一邊墊路基，一邊鋪鐵軌，在別人認為不可能完工的時間期限中完成了施工任務。1905年，由北京通往張家口的京張鐵路開始興修。在直隸總督、督辦鐵路大臣袁世凱的舉薦下，清政府任命詹天佑為京張鐵路總工程師兼會辦，1907年又進一步任命其為總辦。接任之後，詹天佑立即建立起一支由北洋武備學堂附設鐵路工程班學員、山海關鐵路學堂畢業生以及在修築關內外鐵路中共事多年的熟練工人等組成的工程技術隊伍，並擬定了選線方案。在艱苦的實地勘探工作基礎之上，通過反複比較研究以後，詹天佑確定京張鐵路的線路，即由南口關溝穿過，經自古以來就有“天險”之稱的居庸關、八達嶺一帶通往張家口，長約200公裏。消息傳出，在外國工程界引起了很大震動，他們對中國人能否勝任這樣的艱巨工程產生相當大的懷疑。有人更是直接加以譏諷，認為“中國工程師能建築鐵路通過南口者，此人尚未出世”。外國人持如此態度，除了其固有的輕視中國的心理之外，工程的巨大難度也是他們作出這種判斷的重要理由。京張鐵路雖然不長，但是路段地形十分艱險複雜。按照歐美人的設計，僅南口關溝段要在懸崖絕壁上修起一條陡險的鐵路，穿過八達嶺需要開鑿一條長達2000多米的隧道，工程的艱險在當時世界上也是少見的。麵對外國人的懷疑和諷刺，詹天佑以興修京張鐵路的成功向世界證明了中國能修這段鐵路的工程師不僅已經出世，而且完全可以勝任。整個鐵路工程的難度最大的是關溝段，解決這一路段的關鍵問題是鐵路爬高和開鑿越嶺隧道。詹天佑在其他工程技術人員的配合下，精心設計和成功實施了一係列創造性的築路、開洞方案。南口至八達嶺高低相差180尺，按照一般設計要求，火車爬山時每升高1尺，至少有100尺的線路。而整個南口關溝段的長度僅為33裏，在短距離內將鐵路大大抬高，如果采用一般做法，勢必要增加長度和彎度。根據實際可能，詹天佑大膽地推翻了以往成例，采用了千分之三十三的爬高坡度，即每修築1000米線路就墊高33米。為了克服由此引起的上下陡坡的困難，他采用兩輛機車推挽列車的辦法，既有效地減少了鐵路的長度和彎度，又保證了行車的安全與速度。在青龍橋車站附近，修築了一條“人”字形鐵路，也用很陡的坡度使火車先往西走一段，升高一層，然後再往東走一段，再上升一層，因而在原來有限回旋餘地的半山中，將鐵路抬高，同時也就將隧道的高度提高，減少了隧道的長度。這樣，八達嶺的隧道長1091.18米，比外國工程師的設計減少了一半，還取消了鷂幾梁、九裏橋等地的隧道，大大節省了工程用款、縮短了工期。在隧道開鑿時，他改變了傳統開鑿隧道僅從兩端施工的做法，采用中部鑿井法，從山頂打下兩口豎井，到達路基高度，再分兩頭向洞口開鑿。這樣就有6個工作麵可以同時施工，僅用18個月時間就打通八達嶺隧道，使工期縮短了一半。1909年9月，京張鐵路全線竣工。它的全部工程都是由中國人自己修建的，施工期不滿4年，共用工程款600多萬兩，這是當時成本最低的鐵路幹線之一。

在冶金技術方麵，中國企業逐步學習並掌握了西方近代冶金技術，在生產中采納運用。最早采用這些技術的企業，是洋務派興辦的各種冶煉工廠。江南製造總局在1890年開始設立煉鋼廠，建立了一座15噸酸性平爐，每日可出鋼3噸，是中國最早的煉鋼平爐之一。1893年，張之洞在湖北建成漢陽鐵廠，廠中建有100噸高爐兩座，8噸平爐一座。1894年5月，中國第一座近代煉鋼高爐在漢陽鐵廠開爐生產。1908年2月，漢陽鐵廠、大冶鐵礦、萍鄉煤礦合並為“漢冶萍煤鐵廠礦公司”。各廠礦分別進行了改建，設備有100噸高爐兩座，250噸高爐一座，50噸平爐6座，還配有軋機以及機械化礦山設備等，初步形成了一個鋼鐵聯合企業。這些冶金設備以及技術水平在當時世界上是比較先進的，但是由於受封建官僚機製的製約和帝國主義國家的控製傾軋，這些先進設備與先進技術在當時沒有充分發揮其應有的效益，中國的鋼鐵生產能力依然十分落後。除了冶煉鋼鐵外，其他有色金屬在19世紀末20世紀初轉而采用近代方法進行生產。

在機器製造方麵，1865年設廠的江南製造總局，從美國引進成套的機器設備，除了作為動力機械的鍋爐、蒸汽機以外，還有打眼、鉸螺絲、鏇木、鑄彈、製造槍炮等工作機械，並設有汽錘車間，為中國近代機械工業的形成奠定了基礎。在建築方麵，隨著近代建築形式和近代建築技術在中國的傳播，中國工程科技人員和工匠逐漸掌握了西方近代建築藝術形式和施工方法，在一些開放的都市建造了一批具有新式風格的近代建築。近代上海建築業領袖之一的楊斯盛於1880年創立了中國最早的近代建築營造企業“楊瑞記營造廠”，並於1893年成功地建造了當時規模最大、式樣最新的西式建築上海江海關新關，得到社會的稱讚。以後在中國建築師的設計下，又有一些近代建築在中國土地上矗立起來，如清政府陸軍部大樓等等。通過這些建築活動，中國建築界逐步學習並掌握了西方近代建築科技和施工方法，使中國近代建築業漸漸由傳統走向近代。另外，在化工、紡織、印刷、製革、農產品加工、民用事業等方麵，中國近代逐步開始引進有關的機器設備進行生產，但機器的普及以及生產水平都不是很高，隻有少數行業的機器運用和水平達到一定水準，其餘大多數企業主要以手工生產為主，輔助以一定的機械工具。

近代以後，隨著一些西方的消費娛樂方式逐步被中國人所接受，一些與此相關的科技發明和生產也有出現。例如，西方攝影傳入中國後，中國科學家對照相機的工作原理以及製作方法有了比較深入的了解，在這方麵取得了一定的成果。鄒伯奇在對有關光學知識進行了深入研究後，在科學原理的指導下，發明了顯示影像的暗箱，並於1844年研製成功攝影器，在此基礎上做成了中國最早的一架照相機。據現存的照相玻璃底版來看，雖距今已有100多年，但影像仍然十分清晰，可見技術和工藝還是比較先進的。同時，他還對自己發明的照相機的結構和照相過程作了詳細的論述，寫成比較完整的幾何光學著作《格術補》，成為中國曆史上關於濕版照相術的一篇重要文獻。在這篇文章中，既有學習西方照相術的精華之處，又有他自己的因地製宜的獨到發明，反映出當時中國科學界在光學理論研究和攝影器具製造方麵的水平。