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历史上，中国在军事工程技术领域内创造了诸多“世界之最”，长期处于领先地位。然而，中国以火器为龙头的军事工程技术在明代后期发展至鼎盛时期后，便开始趋向衰落。我国近代军事工程技术由兴盛转向衰亡的教训是极为深刻的，其原因也是值得认真探讨的。
中国军事工程技术自17世纪开始由兴盛转向衰落，在第一次鸦片战争中，清军的火药、船炮等武器装备和军事工程设施的全面落后状况更是暴露无遗，以致造成被动挨打的局面，使国家和民族蒙受了深重的灾难。
（一）火药质量的低劣
在第一次鸦片战争前后，清军的火药与火器制造，仍以明末清初的理论为依据，以手工作坊或工场生产为主，无法提纯硝和硫，亦无其他先进的工艺设备进行粉碎和拌和，只靠石碾等工艺，舂碾不细，“粒子粗糙，大小不一”
。而且，“硝不提炙，磺不拣净，轻率造成，率难致远透坚”
。因此，往往不能充分燃烧，不但影响火药的力量，而且产生浓烈的黑烟。另外，硝、硫、炭比例中含硝量过高（达80%），容易发潮，难以久贮。可见，其杀伤力和穿透力比较低。诚如广东水师提督关天培所言，广东的空气潮湿，且多盐碱成分，使制成的火药更不能久贮，即使保存在干燥之处，超过两个月也会因转潮而不能将枪炮射至远处。如果没有贮存，随用随造，战争一旦来临，广东水师所用的火药，或者由于数量不足，或者因为潮湿而失去效用，对作战都极为不利。
19世纪初英国的火药制造工业，则已经居于世界各国的领先地位，火药生产如提纯、粉碎、拌和、压制、烘干等工艺已进入近代工厂的机械化生产阶段。其主要特点是：采用物理和化学方法，以先进的工业设备，提炼高纯度的硝和硫；以蒸汽机带动转鼓式装置，进行药料的粉碎和拌和；用水压式机械，将配置的火药放在碾磨上，压成坚固而均匀的颗粒，使火药具有一定的几何形状和密实性；使用机械式造粒缸，将火药制成大小均匀的火药粒；对制成的粒状火药，放在烘干室内，用蒸汽加热器烘干，使之保持良好待发的干燥状态；用石墨制成的磨光机，将药粒的表面磨光，除去气孔，降低吸湿性，以延长火药的贮藏期。这些先进的工艺，保证了英军火药的优良品质。在火药的配比方面，英国化学家歇夫列里在1825年经过多次实验后，提出了黑色火药的最佳化学反应方程式：
2KNO 3 +3C+S→K 2 S↓+N 2 ↑+3CO 2 ↑
据此，在理论上，硝、硫、炭的组配比率以74.84%，11.84%，11.32%为最佳火药配方。英国按照这一方程式，配制了硝、硫、炭的比率为75%，10%，15%的枪用发射火药，以及组配比率为78%，8%，14%的炮用发射火药。
可见，英军火药有科学理论作支撑，组配得当，杀伤力和摧毁力较之清军更强。
（二）火炮战船的简陋
鸦片战争时，清军水师战船矮小，排水量多在10吨以下，载炮不过数门，再多便会船身摇晃。而且，“板薄钉稀，一遇风涛颠簸，必至破坏，不堪适用”
。此外，清王朝的战船建造处于分散状态，没有战略性的造舰基地，也没有在外海编练一支战略性的海军舰队，不能担负保卫海疆的任务。清军水师装备的都是木质风帆战船，火器与冷兵器并用，大致枪炮等火器占70%，刀矛等冷兵器占30%。其中火器有红衣炮、碗口炮、鸟枪、火箭、喷筒、火罐、火号、箭箱、溜桶等落后的制品。此外，就是装备油脂与薪草的火攻船。清军在鸦片战争中使用的火炮名称虽多，但形制杂乱，式样陈旧，存在着射程近，射速慢，旧炮磨损失灵，锈蚀多，新炮质量差，笨重不灵，机动性差，威力小，膛炸多等弊病。装备虎门炮台的火炮，则不能击中闯入珠江口的英军舰船。装备外海水师战船的船炮，则在接近敌舰之前已被敌舰的舰炮击中。
对于登陆中的英军，清军火炮也缺乏有效压制能力。
据恩格斯考证，参加第一次鸦片战争的英军舰队有：“两艘装有74门炮的军舰，8艘巡航舰，许多轻巡航舰和二桅横帆舰，12艘蒸汽舰和40艘运输船；全部兵力，包括海军和陆战队在内，共计15 000人。”
这些英军战舰大都排水量上千吨，平均亦达800吨，载炮多者120门，少亦10多门。战舰底面皆有铜片包裹，厚一二分，可防虫防火。整个船底厚约七八尺，表里两层，抗沉性较好，所以谓之“夹板船”。英军此时也已开始装备小型蒸汽动力轮船，“无风无潮，顺水逆水，皆能飞渡”
。林则徐在东西方的军事较量中第一个看到了华夷之间的差距，看到了“内地船炮非外夷之敌”，而要克敌制胜，“制炮必求其利，造船必求其坚”，做到“器良技熟、胆壮心齐”。
林则徐在遣戍伊犁的途中曾致书友朋，谈到了他在广东禁烟时看到的英国战船的实情：“岸上之城郭廛庐，弁兵营垒，皆有定位者也。水中之船无定位者也。彼以无定攻有定，便无一炮虚发，我以有定攻无定，舟一闪躲，则炮即落水矣。彼之大炮，远及十里内外，若我炮不能及，彼炮先已及我，是器不良也。彼之放炮，若内地之放排枪，连声不断，我放一炮后，须转展移时，再放一炮，是技不熟也。”
1840年八九月间，直隶总督琦善在天津与北上的英国人交涉之后，也曾非常惊讶地向道光皇帝描述了其目睹的英国船炮：“船身吃水二丈七八尺，其高出水处，亦计二丈有余。船中分设三层，逐层有炮百余位，亦逐层居人。又各开有窗扇，平时藉以远眺，行军即为炮眼。其每层前后，又各设有大炮，约重七八千斤。炮位之下，设有石磨盘，中具机轴，只须移转磨盘，炮即其所向。”其观察和记述的详细，在当时是少见的。
而后，他比较中西，“溯查向来破夷之法”说：“有攻其船之下层者，今则该船处所，亦经设有炮位，是意在回击也。又有团练水勇，穿其水底者，今白含章（钦差大臣琦善所派窥查夷情者——引者注）亲见操演水兵，能于五六尺处持械投入海中，逾时则又跳跃登舟，直至巅顶，是意在抵御也。又有纵火焚烧者，今则该夷泊船，各自相离数里，不肯衔尾寄碇。其风帆系白布所为，节节断离，约长不过数尺，中则横贯漆杆藉以蝉联，非如篷篾之易于引火，是意在却避延烧也。”于是，“我师从前之长策，而该夷所曾经被创者，兹悉见机筹备。是泥恒言以图之，执成法以御亡，或反中其诡计，未必足以决胜”。
（三）军事工程的陈旧
康乾以后，由于清王朝在政治和经济、军事上的日趋衰败，又不重视对外敌入侵的防范，因而更谈不上对国防以及军事工程的研究和改进，致使军事工程理论落后，沿海的工程设施，仍停留在抵御冷兵器时代的“高筑墙”状态。及至鸦片战争前后，清代的边防、海防、江防、城防等军事工程由于年久失修而罅漏百出。如清末海防设施一直沿袭清中叶的炮台式要塞，甚少改进。在东南沿海的主要港口，虽筑有炮台、要塞，但只重视地表以上的堆砌，或石墙，或土围，而无地下工事，当敌人以火炮攻垒时，易被攻破和失陷。在布势上只有一线海正面或陆正面，各点间互不联系，势如孤岛。由于缺乏纵深设防的观点和措施，常被敌人从翼侧突破。道光以后，“清廷虽然也因西方殖民者对我国沿海的挑衅逐渐频繁而加强了海防建设，采取了增筑海岸炮台及增铸海岸炮等措施，建成了像虎门、厦门、镇海、吴淞等颇具规模的海防要塞，但是由于这些措施是在不了解敌情的情况下，采取陈旧的方式建筑的，所以炮位的选址不当，布局不合理，构筑不得法，台身都裸露在外而毫无掩护”
。更为严重的是，清廷对专业兵种毫无重视，“清末江防，安徽省境内，竟无专任防守炮台的专业兵，而以步兵担任，不会用炮”
。
鸦片战争是中西方军事文明在近代的首次正面撞击和全面交锋。在交战中首先凸现出来的便是中西方在军事工程技术方面存在的悬殊差距。对清军军事工程技术落后现象的形成原因进行分析，我们可以看到，其内在原因是当时中国科技水平的限制。因此，为什么近代中西方军事工程技术拉开了较大差距呢？对该问题的回答实质上也就是对“中国近代科技为什么落后”的回答，或者说是后一个问题的一部分。
（一）唯象理论的粗陋
众所公认，中国古代有辉煌的科技成就，这辉煌成就的具体内容，除了在技术上做出一系列发明创造外，在科学上更是积累了无数丰富的天文、数学、力学、化学、农学和医学知识。然而，这些知识绝大多数仅仅是经验事实层次的知识而已，严密理论形态的知识并不多见。即使是对经验事实知识作初步整理概括的唯象理论也很不发达，许多唯象理论其实只是对经验事实的粗陋的定性概括，除个别情形外，中国古代传统科学中的唯象理论鲜有能与西方相匹敌者。
中国火药发明于中唐以前的伏火法，与西方相比，早了近5个世纪。然而，在长达千年的时间里，火器技术未能在中国取得实质性发展，与中国唯象理论的粗陋密切相关。从火药的配方上看，虽然中国火药在明代就接近现代黑火药的标准配方，但因中国火药生产始终停留在经验观察实验阶段，而无法使火药真正达到标准配方。“直到17世纪初叶出版的《兵录》《武备志》，还只能用‘君臣佐使’的类比方法，阐述硝、硫、炭在火药组成中的地位；用直击与横击的现象来叙述硝与硫的射远与爆炸作用；以观察火药色彩的不同，区别火药配料的差异。因此，在这种朴素的、直观的理论与实践经验指导下配置的火药，其纯度不高，威力受到限制。”
14世纪初，火药经阿拉伯传到西方后，火药实验先后经历了三个不同发展阶段：观察实验、机械实验、电实验阶段。1627年，弗特拜雷发明了火药机械实验仪，标志着火药实验成为一门真正的科学。由于火药实验方法和仪器的不断改进，以及化学学科的诞生发展，火药成分的比例也日趋精确化，最终找到了火药三种主要成分的最佳配方，这种科学配方使火药的爆炸威力大大增强，有力地推动了以热兵器的广泛使用为标志的军事技术革命。
杠杆平衡理论是中国春秋时代墨家的重要创造，西方做出同一创造的是古希腊的阿基米德。两相比较，墨家的杠杆平衡理论虽早于阿基米德200年左右，却远不如阿基米德的理论严密和精细。更令人遗憾的是，杠杆平衡理论在墨家以后的中国毫无进展，以至这一粗陋的唯象理论在2000年间一直代表着中国传统科学中杠杆平衡理论的水平，后人只能无休止地对其做出注释。这种情况在中国科技史上不胜枚举。
中国古代有世界上最先进的气象仪器与观测网站，但在气象理论上却始终未能产生近代式的突破。我国是世界上最早记载太阳黑子活动情况的国家，《汉书·五行志》中就有明确记载。我国从汉代至明代的1600余年中，有关黑子的记录多达100余次，却始终没有找出黑子活动的周期，而德国药剂师出身的天文学家亨利·史瓦布在个人观察18年之后，就得出了太阳黑子活动准11年周期规律，其中确有思维方式不同的问题。中国传统科学结构的一个严重弊端，就是缺乏定量的唯象理论。像明代朱载堉提出的“十二平均律”那样领先于世界的唯象理论，实在太少了，不足以形成思维方法的突破。
（二）深层理论的贫乏
在对自然现象做出定量的形式概括——唯象理论的基础上，还必须进行更深入的因果性探索，人们只有在深入掌握自然现象的内在因果联系后，才算达到对自然现象的本质的规律性认识。当然，因果性联系要在科学实践过程逐步揭示，自然科学研究中确立的每一个深层理论未必都能称之为因果联系。但是，不管怎样，深层理论是科学理论结构中处于深层地位的重要层次，是科学理论由浅入深的发展过程中不可或缺的重要环节。中国古代科学中的深层理论也显得相对贫乏，这不仅是与中国古代丰富的科学经验与技术发明相比而言，也是与西方的深层科学理论相比而言。
与深层理论相应的理论结构是演绎型数理逻辑结构，也就是说深层理论往往以演绎型结构来表达。如果以这一理论结构来比较古代中西方科学理论，也可看出东西方的明显区别。具有深层结构的演绎理论在西方近代科学产生时期被继承和发展起来。事实上，它也可作为近代科学理论的一个内在特征，近代科学之所以如此成就卓著而征服人心，在相当程度上取决于理论的深层结构与逻辑力量。这方面最成功的例子便是以开普勒行星运动定律与伽利略自由落体定律为基础的深层理论——牛顿万有引力理论的创立。当然，这里并不否认中国古代科学具有发现自然现象内在机制的洞察力。中国古代科学家关于自然现象内在原因的考察，大多停留在一得之功、一孔之见式的零星分散的水平上，而从未形成过像阿基米德力学、托勒密天文学这样系统严密的演绎型深层理论。造成中国古代科学中演绎型深层理论不发达的直接原因，是中国古代思想宝库中从来缺乏示范性的演绎型深层理论模式。而在西方，这种示范性的深层演绎理论早在古希腊已臻于完善，这便是欧几里得几何学与亚里士多德逻辑学。
大炮的发展和广泛采用，提出了很多有待科学解决的深层理论问题。“内部弹道学涉及有关火药通过燃烧转化成的气体的形成、温度和体积的研究，有关这些气体的膨胀对大炮、炮架和射弹所做的功的研究。必须运用关于一定重量的火药的气体给予射弹的速度的公式、关于气体与射弹对大炮和炮架的反作用的公式来计算，以决定火药重量与射弹重量和炮膛的长度、反冲速度等等的正确关系。另一个基本问题是决定具有重大稳定性的大炮的最小重量。”
十七世纪西方科学家在很大程度上都全神贯注于这个内部弹道学的基本问题。英国皇家学会一些最活跃的成员如莫雷、胡克、波义耳、帕平等参加了内部弹道学的实验就是例证。同时，有更多的科学家将注意力集中在与大炮外部弹道学紧密联系的科学问题上。卡斯特利、托里拆利、默森、马略特、哈雷和牛顿，都明显地把流体动力学中的实验与外部弹道学相联系。“在炮火中力图达到数学的精确性是工业技艺的一个模型，也是与当时科学联结的一环。”而在同期的中国，由于火器研制者对火药在燃烧后的化学反应过程缺乏理论研究，没有发现气体的压力与体积的关系，对炮膛压的分布状况缺乏精确的数量概念，所以在设计火炮尺寸时带有一定的盲目性，难以造出既安全而又具有较大杀伤力的火炮。
（三）自然哲学的薄弱
自然哲学是构成完整科学理论体系的有机组成部分，它作为科学理论结构的最高层次，对经验事实、唯象理论和深层理论等层次的发展具有重要的制约与导向作用，而一种文化传统中的早期自然哲学的发展会在很大程度上影响这种文化传统中科学发展的状况。海森伯曾多次谈到古希腊自然哲学思想对于西方近现代自然科学发展的深刻影响，他指出希腊自然哲学的两个基本观念——德谟克利特的原子论与毕达哥拉斯的万物皆数，影响着直到今天的自然科学进程。海森伯还发现，近代微观物理学从道尔顿的原子论到普朗克量子论的进展，恰好在科学思想上重演了古希腊从德谟克利特原子论到柏拉图几何对称性的发展过程。但是，恰恰在自然哲学思想方面，古代中国与西方有着极为不同的发展状况与水平。
在代表古代西方文明高峰的古希腊，曾有一个自然哲学独立而完善发展的时期，这就是前苏格拉底时期。就在前苏格拉底这个自然哲学探讨的黄金时期，古希腊产生了古代世界最深刻、最完善的自然哲学思想，从泰勒斯的水本原说到德谟克利特的原子论，以及从毕达哥拉斯的数到柏拉图的几何对称性，便是其中两条最重要的思想发展线索。这两条互补的自然哲学发展路线，深刻地影响了以后整个欧洲思想发展的进程。
古希腊的哲学家普遍通晓自然科学，即使是热衷于人的问题的苏格拉底，在年轻的时候也曾很热情地追求过被人们称作自然科学的知识。直至中世纪，高等经院教育仍然沿用毕达哥拉斯学派的四门主课：算术、几何、天文学、音乐理论，其中有三门属于自然科学。大学则有艺术学系、法学系、医学系、神学系，然后还增加了物理学系。而孔子在四个方面对学生进行教育：文、行、忠、信。在这里看不到自然科学的踪影。中国封建时代学子所习的“六艺”——礼、乐、射、御、书、数，仅有“数”涉及自然科学。但是生员学习的重点在于经史和文理，而不在数学。他们对于四书五经背得滚瓜烂熟，而对于算法则“略不晓习”，以致明代有人议论说，“改入国监，历事诸司，字画粗拙，算数不通，何以居官莅政？”
孔子的确也是将“道”“德”“仁”与“艺”并列的：“志于道，据于德，依于仁，游于艺。”
只是六艺之一的“数”在孔子心目中并不占多少地位。
孔子的学生樊迟向孔子请教农艺，孔子十分反感，对别人说：“小人哉，樊须也！上好礼，则民莫敢不敬；上好义，则民莫敢不服；上好信，则民莫敢不用情。夫如是，则四方之民襁负其子至矣，焉用稼？”
因此，孔子虽有理想主义超越精神，但这种超越精神由于指向“仁义”而不指向“科学”，因而无助于纯粹科学的发展。《孙子兵法》将道、天、地、将、法列为战争五事，却独不言器。皇皇一部二十四史，写满帝王将相、文人学士、贞女烈妇的事迹，却偏偏没有科技发明者的专门章节，这绝非偶然。
与古代西方先自然后自我的哲学发展过程不同，在中国古代哲学的发展过程中，从未有过自然哲学至上的时期，在先秦诸家中真正关心自然科学的只有墨家与阴阳家，其他各家关心的都是社会、人生、伦理、为政等问题。即令是关心自然问题较多的墨家与阴阳家，其自然哲学的发展程度也是大大逊于古希腊哲学家。阴阳家的学说虽然力求对自然现象做出合理的解释，但是事实上，它的解释混淆了主客观的界限，贬低了客观自然规律的作用。这种牵强附会的解释将中国古代自然哲学思想引进了一个难以自拔的陷阱——天人感应的陷阱。
《洪范》提出了中国古代最重要的自然哲学思想——五行学说。但是，它却牵强地将君主的五种德行与五种良好的天气现象相联系，而将君主的五种恶行与五种不祥的天气现象相对应，又转向了政治哲学。中国传统科学在2000多年的漫长发展过程中，始终未能冲破天人合一宇宙观的束缚，并始终没有形成独立的自然哲学理论。中国哲学早期形成的混沌笼统而又无所不包的天人合一的宇宙图式，具有强大的应变能力与超稳定结构，致使中国的传统哲学始终未能将主观的自我与客观的自然做明确的划分，这不仅是中国传统科学在近代被西方自然科学全面超越的重要原因，也是中国近代军事技术落后西方的重要原因。
中国近代军事工程技术从17世纪起逐步落后于西方，除了中国科技水平的限制这一内在原因，还存在政治、经济、文化等社会原因。
（一）封建制度的钳制
14世纪初，火药经阿拉伯人从中国传入西方后，欧洲一些国家新兴的市民阶级摆脱了封建贵族的束缚，大兴火器研制之风，很快经过仿制阶段而进入创新时期。到15世纪末已经抛弃了初始的手持枪，创制了构造比较合理，装填和发射比较方便，威力比较大的火绳枪与佛郎机等新式枪炮。反观我国，明清时期，专制主义中央集权发展到顶峰，其主要标志是皇帝个人专权，相权被废止。
由于阶级和民族的原因，清王朝的统治者对火器的控制极为严密。康熙朝把最好的枪炮制造局，设于宫廷内，置于皇室的直接控制之下，所制火器仅供皇室卫队与满洲八旗之用。绿营只能使用质量极差的局制火器。至于外地，则根本不能制造和使用比较精良的火器。康熙五十四年（1715），山西总兵曾奏请自造子母炮，康熙帝闻奏后即予驳回，声称子母炮系八旗火器，各省不能自造。
此后各届朝廷都沿袭康熙之例，对火器制造进行专横控制，甚至把前代包含兵器研制在内的兵书《武备志》等都列为禁书。“到第一次鸦片战争时期，火器在军队装备中所占比重，仍然为60%左右。这个比例从17世纪中叶确立以来，历经200年的发展，竟然基本上没有变化。”
这种严密控制的结果，束缚了中国古代火器的研制，也是此后中国火器衰落至谷底的重要原因。
（二）自然经济的阻碍
17世纪以来，西方文明以突飞猛进之势，跨入了近代社会，而中国建立在农耕经济之上的资本主义生产方式的萌芽却备受挫折，步履蹒跚，出现了迟滞状态。“从根本上，中国农耕社会的多元化结果造成了中国社会经济的既早熟又不成熟的特征，制约了资本主义生产方式的顺利产生。”
中国古代社会的上层建筑是建立在自给自足的自然经济基础之上的，因此，一直采取重农抑商的政策。在这种观念的指导下，明朝时“百里之内，辖者三官，一货之来，榷者数税”
。清代更有“处处皆关，则关关有税”的剥削。工商业经济发达的地区所受到的剥削则尤为严重，如19世纪初期，根据漕粮税制，苏松太道被规定要提供年征大米总数的32.7%，即全国法定总数五百二十万担中的一百七十万担。
负担漕米份额分外沉重的第二个地区是浙江富饶的杭嘉湖道。这里有着与苏松太一样的历史背景（原来的租率都已经改为税率），它负担的漕粮份额在19世纪初也高达一百一十万担。
自然经济的要害是不要市场，不要对外贸易。民间私商对外贸易多遭限制，而官方少量对外贸易主要是为满足皇室及上层官僚对奢侈品的需要。因此，中国商人不能开拓国外市场以推进各项新技术。许多创造发明或因小生产和传授方式不当而失传，或因无国内外市场的推进而始终停滞在胚胎状态。
如在大型火炮铸造中，虽然从明末天启（1621—1627）到清代康熙年间（1661—1722）引进了新的铸炮方法，铸造了各种火炮，但也是在欧洲造炮匠师主导下，采用引进的设备铸造的。当时的军工部门并未借此机会采取措施，仿造先进设备，建设新型的火炮铸造工场，推动火炮铸造向工场手工业的方向发展。所以，在清廷主导造炮的南怀仁病死后，铸炮事业也就随之滑坡并日趋衰萎。
（三）重道轻器观念的束缚
中国古代学术思想具有重道轻器的传统。“就整个理论学术而言，重视人文科学轻视自然科学；就自然科学而言，重视宏观规律的探求，重视事物总体特质、事物与环境关系的探求，而轻视一事一物具体形质的研究，轻视社会生产领域具体器物、具体技能的研究。”
在漫长的封建时代中，推崇道义，鄙薄技艺，成为国家的时尚。特别是汉武帝“罢黜百家，独尊儒术”后，儒家崇尚政治人伦之“道”，崇尚天地万物通“理”而轻贱具体科学知识和生产技艺的趋向，将千千万万儒门学者永远隔在了自然科学的门外。科学技术在中国传统文化体系中，始终不过是“末由小道”“奇技淫巧”。科技人员社会地位低下，在政府机构中所占比例极小，而且待遇十分低微，在士大夫眼里，只能是“方技者流”。封建统治者一直把那些勤于劳动，积极发明创造的能工巧匠讥为“玩人丧德，玩物丧志”。因此，很多重要的军事技术发明往往无人问津，以至绝迹。
康熙年间，火器奇才戴梓曾发明一种类似近代机枪的“连珠铳”，性能居当时世界最先进火器之列。遗憾的是，清王朝却不予采用，以至“器藏于家”。“国家科举取士只考《四书五经》，不考科学技术，这种全民性的教育内容和国家性的政策导向，使古人重道轻器的观念根深蒂固。中国古代‘兵技巧’类兵书之所以大都被历史淘汰，与国人的这种价值取向有极大关系。西方多将仿生学用于自然科学技术创新，而中国古人则多将观察和研究自然现象得出的哲理用于军事谋略、政治权术、社会管理和处世之道，从而形成了中西价值追求的重要分野。”
于是，中国古代的权谋理论相当发达，而包括军事工程技术在内的科学技术却逐步走了下坡路。