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早期文明社会的特征，如象形文字、农业灌溉和官僚士大夫统治，这些在古代中国一直存在，比在世界上任何其他地方都更加持久、绵延不断。
同巴比伦人和埃及人一样，古代中国人没有能够发展出一套完整理论，也没有把他们关于宇宙空间结构的理论建立在天文观察的数据基础之上。虽然古代中国人也没有发展出科学方法论，但《汉书·天文志》中已记载了特异的天象，西汉的落下闳也通过改制浑仪观测天体位置。
古代中国是世界上最早出现农业的国家之一，也曾是世界上农业最为发达的国家之一。黄河流域和长江流域是我们国家农业文化的摇篮，人们在长期的农业生产中积累了丰富的经验和知识，因而我国的农业生产和技术在世界上得以长期居于遥遥领先的地位。古代中国小农经济基础决定了当时的科学技术大多产生在农业领域，并且多是为了服务于农业的发展。
青铜时代的发展
在几千年的历史中，我国的农业科学技术取得了极其辉煌的成就。在夏、商、西周时代，我国的农业有了明显的进步：一是利用金属（青铜）做农具；二是开始出现了中耕除草的农具。比之木制农具，青铜农具具有轻巧、锋利的特点，对提高劳动效率起了重大作用，而且磨损以后仍可回炉再铸。因此，青铜农具的出现和使用，是商周时代文明发展有了明显进步的标志之一。中耕除草农具有钱、镈等。
春秋战国时期是中国社会发生重大变革的时期，农业生产的发展也进入了一个新的历史时期。春秋时期，我国已经从青铜冶炼中学会了炼铁。随着冶铁业的发展，铁便开始被应用于农业生产。到战国时期，铁农具的使用就相当普遍了。铁器自此被广泛使用，牛耕逐渐被推广，社会生产力有了很大提高。出土的古代铁农具种类很多，如图7.1所示，有铁犁、铁镢、铁臿、铁锄、铁铲和铁镰。
其中最重要的是铁犁的出现。铁犁耕地虽然效率很高，但需要的动力也很大。牛耕的使用，使人从笨重的耕地劳动中解放出来，这是我国农业技术史上使用动力的一次革命。战国时期，为了解决农业灌溉的问题，人们兴建了一些大型的农田水利工程，如漳水渠、郑国渠、都江堰等。与此同时，井水也被利用起来。为了提高提取井水的效率，人们又创造了利用杠杆原理减轻劳动强度的提水工具“桔槔”。
图7.1 古代铁农具
进入铁器时代
秦和两汉是种植业迅速发展的时期。这个时期的黄河流域是全国的经济重心。此时，我国在农业生产方面创造了穗选法、留种田、绿肥轮作制、嫁接、温室、天敌治虫等技术，发明了耧车、翻车等农机具。所有这些创造与发明在当时的世界上都具有最领先的地位。
从图7.2（1）可知，产生于春秋战国时期的铁犁牛耕是我国古代农业最主要的生产方式，铁犁牛耕的出现推动了生产力的发展和井田制的解体，推广铁犁牛耕使得唐朝的农业迅速发展。图7.2（2）是耧车，据东汉崔寔《政论》的记载，由三只耧脚组成的耧车，就是三脚耧。三脚耧下有三个开沟器，播种时，用一头牛拉着耧车，耧脚在平整的土地上开沟播种，同时进行覆盖和镇压，一举数得，省时省力。图7.2（3）是高转筒车，是古代中国的农用工具。高转筒车提水的高度比一般筒车高。这种筒车通常在水很低而岸很高的地方使用。
图7.2 农耕文化图
唐宋时期，水田生产工具得到了改进与更新。汉魏时期创造出来的翻车，到唐代已逐渐普及，并且传到了日本。翻车不但用于灌溉，而且还可用于排涝。到元代，翻车又有了发展，出现了牛转翻车、水转翻车，畜力和水力被运用到提水灌溉上来了。唐代还出现了一种名叫“水轮”的提水工具，原理和筒车相同，可见筒车在唐代已经被发明出来。宋元时代，筒车又被进一步改革，人们创造了驴转筒车和高转筒车。此外，这个时期人们还创造了垦田用的铁搭（四齿），平田用的田荡和平板，拔秧、插秧用的秧马，等等。
明清是我国传统农业技术深入发展与继续提高的时期。在栽培技术上，明清时期的人们创造了冬谷法、小麦移栽、甘薯留种等技术；在田间管理技术上，明清时期的人们创造了油菜打薹技术，发展了棉花整枝和烤田技术。而且从明代中期起，原产美洲新大陆的玉米、甘薯、烟草、花生等作物，相继被引进我国。
在公元前1300年，商王盘庚迁都于殷。这个时代的特征是以陶轮制造器皿，以马匹驾驶车辆。与西方不同的是，人们种水稻而不种大麦，织丝绸而不织麻布。在公元前1046年，商朝为它边界上的周人所灭，后者建立了周朝。周王室四围的采邑，后来逐渐发展成为一些独立的封建领主国家，而处在中心的周王室的权力则越来越弱。在公元前476至公元前221年，那些封建领主国家争霸，战争频发。
对军事技术的研究，也促使人们探讨物理学，特别是其中关于光学、力学和防御工程的问题，具体关系可见图7.3。人们研究了光在平面镜、凸面镜和凹面镜上的反射，从而提出了一些经验规则，把事物及其成像的大小和位置与所用镜面的曲率联系了起来。在力学方面，人们的兴趣所在主要是杠杆系统和滑车。在这里，人们也是从经验主义的角度去研究问题的。人们没有提出一套完整的光学理论，在工作中也没有运用几何学的推理方法。人们的结论是从实验中得来的，并且这些结论往往以经验规则的形式表达出来。
图7.3 先秦的突出发展成就
李约瑟在《中国科学技术史》第三卷“天学”中将对中国天文学史的叙述分为“古代和中古时期的宇宙概念”“中国天文学的天极和赤道特征”“恒星的命名、编表和制图”“天文仪器的发展”“历代天文学和行星天文学”等几个部分。根据李约瑟的划分体系，中国古代天文学大致由三个部分组成，即天象观测、历法和宇宙理论。这三个部分在中华文明的早期已出现了萌芽。
天象观测
商周时期的王权拥有者为了巩固自己的统治，竭力鼓吹宣扬“天命观”。因此，包括占星术在内的各种占卜巫术在那时十分兴盛。殷墟出土的甲骨片都是用来占卜的，其上有不少天象记事。这就使古代的天文学带有强烈的宗教及迷信的色彩。可以说，已经成为当代科学领域中重要一环的天文学和古代看似反科学的占星术是并行发展的。
春秋战国时期，人们十分重视对异常天象的观测，也因此留下了不少宝贵的记录。在《春秋》一书中，就有自鲁隐公元年（公元前722年）至鲁哀公十四年（公元前481年）的37次日食记录。研究表明，其中有33次记录是准确可靠的。据初步统计，中国历代约有千次日食记录可查。这些日食记录的数量之多和可信度之高，在当时的世界上是无与伦比的。古人热衷于对异常天象进行观测和记录，主要基于人们坚信这些异常天象的出现是上天对人类的某种暗示。不论当年人们由这些异常天象得出多么荒唐的推论，但长年累月的观测结果给我们留下了十分珍贵的天文学遗产，为近现代天文学的研究提供了重要的资料。
历法
夏代已有天干纪日法，即用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸10个天干周而复始地来纪日。这时用十进位的天干来纪日，并有了“旬”的概念，这个概念人们直到今天还在使用。在此基础上，到商代人们进一步使用了干支纪日法，即把10个天干和12地支（子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥）依次组合，组成60种组合，形成了干支纪日法。天干、地支的发明影响深远，可用于历法、术数、计算、命名等各方面。中国历史上一共产生过约102部历法，这些历法对中国文化与文明产生过重大影响，比如夏历、商历、周历、西汉太初历、隋唐大衍历和皇极历等。有些历法虽然没有延续下来，但对中国历法的发展起到了推动作用。
中国从殷商时期就已经采用既考虑月相变化周期又考虑太阳回归周期的阴阳合历。当时的人们就已经知道一个朔望月长度是略大于29.5日的，并且已经会用闰月来调节观测的时间误差了。到了西周，圭表测量方法已比较成熟，但是具体闰年的设定还没有形成规律，主要使用由实际的观测来临时确定的方法。西周时期依然是历法发展的初级阶段。
宇宙理论
盖天说。中国人的天文测算差不多全是用代数方法进行的，这样一来，天文学就不能提供一幅宇宙布局的图景。有鉴于此，中国人的天文学技术大部分是和其宇宙理论脱离的，而他们的宇宙理论在整个历史阶段都是定性的。在汉代，有三种宇宙理论。最早的是盖天说。它认为天是个半球，或一个半球形的盖，而地则像一个方边碗，和一个凸形的方盘相似。但天不是一个规则的半球，因为“天形南高而北下”，像在棋盘上斜放着的撑开的伞。因此，随着这个半球运转的太阳到了南方，人们就看得见它，但到了北方就看不见了。太阳、月亮和行星随着天运转，但也有各自的适当运动，如蚂蚁在运转的磨盘上面那样。环绕大地的是海洋，天盖在大地边沿浸入海中，天地都由盖在它们下面的气所撑着。天离地有80 000华里
。
浑天说。盖天说在汉末已失传，继起的是秦以后（公元前207年以后）的史书中所记载的浑天说。据称浑天说创立于公元前2世纪，最早叙述和说明浑天说的是东汉的张衡。张衡把宇宙比作一个鸡蛋，地为水所载，居于天内好像蛋黄，天一半在地上，一半在地下，像蛋壳一样，而为气所浮。
宣夜说。第三种宇宙学说是宣夜说，或称无限空间说。它的起源也很早，但关于它的最早记载在汉末。按照这种理论，除了地和天体以外，宇宙无形亦无质；空间是虚空的和无限的，天体不附着于任何物之上，只浮于“元气”或“刚气”之上自由运动。无限空间说和道家有关系，浑天说则被儒家采纳。当道家逐渐转变为神秘教派以后，儒家就把道家早期的自然主义哲学吸收过来。因此，宣夜说中的一些成分也就渗入了官方宇宙论的浑天说，这在12世纪的新儒家那里表现得尤为显著。可是早在4世纪，发现岁差的专司天文历法的虞喜就认为，天虽有一个极限，但高不可测，而日月星辰则都在天的下面自由运行。