在17世纪上半叶，全世界只有极少数几个国家刚刚摆脱封建制而进入资本主义时代。当时的中国正处在封建社会后期，在商品经济不断发展的基础上，也已具备了资本主义萌芽的条件。就在这样的历史条件下，明末杰出的科学家宋应星编写了一部百科全书式的科技文献——《天工开物》。这部著作告诉我们：我国古代劳动人民在长期的生产斗争中，作出了多么可贵的创造，积累了多么丰富的经验；许多生产工艺达到了很高的水平，有的在当时的世界中是居于先进地位的。《天工开物》已经译成日、英、法等多种文字而传遍世界。国外科技界，有的称誉宋应星为“中国的狄德罗”（法国资产阶级革命时期重要文献《百科全书》的主编），有的称《天工开物》为古代“中国技术的百科全书”。可以说，宋应星及其名著《天工开物》，不仅在中国的、而且在世界的古代科学技术发展史上，都占有一定的地位。
宋应星生平
宋应星，字长庚，明朝万历十五年（1587）出生在江西南昌府奉新县北乡瓦溪牌村。他的曾祖父宋景，曾任南京光禄寺卿、工部尚书等高官。明朝从南京迁都北京后，在南京仍保留一套中央官署；光禄寺卿是掌管宫廷膳食的光禄寺的长官，工部尚书是掌管各项工程事务的工部的长官。宋景第三子宋承庆是县学廪膳生。当时读书人考进了府州县官学的，统称生员，别称庠生（古时称学校为庠）、秀才；其中由官府提供膳食津贴的叫廪膳生员。宋承庆26岁上就死了，留下一个儿子宋国霖。宋国霖在科举道路上失意一生，至死还是个庠生，他就是宋应星的父亲。宋应星的生母魏氏，原是奉新一个农家女子，因为家里穷，嫁给宋国霖为妾（小妻）。宋家原来颇为富裕，后来遭了大火，家境就中落了。宋应星就出生在这样一个衰落中的封建士大夫家庭；他在弟兄四人中排行第三。
宋应星小时在他父亲的管教下识字读书，稍大一些，跟比他大十岁的胞兄宋应升一起，在叔祖父办的私塾里读了八年书。他勤奋好学，除了熟读《四书》、《五经》这些儒家经典以完成科举考试所必需的课业外，还阅读《左传》、《国语》、《史记》等各种史书，以及诸子百家、语言文学、自然地理、农业工艺等各方面的书籍，从而丰富了知识面，使自己不同于那些死啃八股文章的书呆子。
宋应星刚满18岁时，四兄弟就分家各自生活了。他父亲不是官，家境又中落了，尤其因为他是庶子——小妻所生的儿子，这种身份在封建社会里容易遭到流俗的歧视。在这种环境下，宋应星渐渐地养成了“僻心违俗”，孤僻而不肯随俗浮沉的性格。他不愿阿谀尊贵和谄媚名流，而喜欢结交为人清正耿直、不甘与流俗为伍、勤于著述以及爱好藏书、刻书等等那样的人士，其中包括和尚、道士等所谓“方外”之交。
在当时，知识分子大都以参加科举考试为出路，宋应星也是如此。明代时，生员参加每三年一次在省会举行的乡试，考中的称举人；举人参加每三年一次（乡试的次年）在京师举行的会试，考中的再经过殿试，称进士，头名进士就是状元。万历四十三年（1615），宋应星和他的大哥宋应升一起参加江西省乡试，两人同榜考中举人，宋应星名列第三。同年冬，他俩兴致勃勃地离开家乡，来到京师北京，于次年参加会试，结果没有考中。事后得知，这次考试有严重舞弊行为，状元的考卷竟是别人代作的。这样的事怎不令人气愤！宋应星想到祖父和父亲在科举道路上消磨青春的辛酸遭遇，功名心不由得冷淡下来。他回到家里，很感慨地把自己的书房命名为“家食之间堂”，意思是：宁愿在家吃普通百姓的饭，不追求做官吃俸禄。此后，他虽然还和大哥一道参加过几次会试，但历试未中，于是愈来愈把精力用于游历考察，通过实际见闻，把各地农业和手工业的生产技术和经验，点点滴滴地记录下来，为编写一部科技专著作准备。
崇祯四年（1631）的会试，宋应星没有参加。他大哥宋应升这一回是第六次应试不中，就在北京等候选官（会试不中的举人可以候选官员），结果被派为浙江桐乡县知县。崇祯七年（1634），宋应星已经47岁了，大概由于家庭生计等原因，他到本省袁州府的分宜县，任县学教谕。教谕是县学教官，级别很低，月俸只有二石米钱，是当时一般士大夫鄙薄的所谓冷官。
当冷官有个好处，就是事少闲暇多。所以宋应星当了四年教谕，能专心致志地从事著作。崇祯九年（1636），他写了议论当时政局的《野议》，并把另一部著作《画音归正》交给友人刊印。崇祯十年四月，完成了准备已久的科技专著《天工开物》；同年六月、七月，先后写了《论气第八种》和《谈天第九种》，都是关于自然学说的著作。
崇祯十一年（1638），宋应星升任福建汀州府（府治在今长汀县）推官——掌管刑狱审判的官员。推官，当然是根据封建王朝的法律办事的。不过，宋应星为官清廉，比较关心民间疾苦，所以名声很好，州里不少老百姓的家里还挂了他的画像以示敬仰。崇祯十三年（1640），上司责备他没有全力镇压“海盗”，他一气之下，就卸任回家。
宋应星在家乡住了三年，平日以诗文自娱，流传下来的有《思怜诗》一卷。就在这几年，李自成、张献忠领导的农民大起义正在猛烈地发展着，各地农民纷纷响应。崇祯十六年（1643），奉新县就有一支以木工李肃十为首的农民队伍起来反抗官府。宋应星在一般情况下是同情穷苦人民的，但当人民起来造反，在他的家乡点燃了起义烈火时，他为维护地主阶级的统治地位，终于直接参与了当地官府豪绅镇压起义的罪恶活动。李肃十率领的起义队伍很快就被镇压下去了。宋应星因此受到官府的保荐，于这年七月任亳州（今安徽亳县）知州，知州是州的行政长官。亳州一度被李自成起义军攻占过，这时虽然仍归明政府管治，但明王朝在农民大起义的沉重打击和清兵的进攻下，就像一艘漂荡在大海中的破船，即将覆没了。
崇祯十七年（1644）三月，李自成率领农民军打进北京，推翻了明朝中央政权。不久，农民军失利，清军于五月间进占北京。清王朝终于继明王朝之后，成为统治全国的新王朝。明朝几个藩王曾在南方建立过小朝廷，历史上称为南明，到清顺治十八年（1661）也最后覆亡。宋应星在清兵入关后就弃官回家。此后，他的胞兄宋应升和其他一些亲友，在南方参加过抗清活动。据宋应星一个族侄为他写的传记，他曾任滁和道和南瑞兵巡道。而这应该是他在南明政权担任的官职，可见他也投入过抗清斗争。他在抗清失败后的归宿，缺乏记载，传说他晚年云游四方，不知所终；有的书上说他可能卒于顺治康熙之交。有关宋应星生平的历史资料极少，解放后发现了他的《野议》、《思怜诗》、《论气》、《谈天》四种著作，从而提供了了解他的政治思想和自然学说的新材料。
《天工开物》的写作思想
宋应星在《天工开物》中感慨地写道：富贵人家的纨挎子弟把劳动人民看作罪犯，读死书的经生则把“农夫”一词当作骂人的话语；人们餐餐吃饭，“知其味而忘其源者众矣”。又说：那些王孙帝子，生长深宫，虽然御厨饭香，宫衣锦绣，却没有见过农具和织机；对这些人来说，打开《天工开物》的图卷看看，是能使他们长些见识的。他在序言之末愤懑地挥笔直书：请热衷于仕途的“大业文人”们把这本书扔在一边吧，“此书于功名进取毫不相关也”。
不是为了功名利禄，而是出于关心国计民生，出于重视社会生产和商品经济的发展，重视农业和手工业的应用技术，宋应星才从事编写《天工开物》这部巨著。
宋应星重视社会生产和商品经济的发展，重视人的劳动技能和生产工具，这是进步的观点。宋应星具有这样的观点，又进行了长期的实地考察和研究工作，终于写出了《天工开物》这部不朽之作。
《天工开物》的各卷内容
“天工开物”一语是什么意思呢？“天工”一词最早见于先秦古籍《尚书》；“开物”一词源出另一先秦古籍《易经·系辞上》。天工指的自然力，开物则指的人工。在宋应星看来，包括天地万物在内的整个自然界，是靠自身的运动变化（所谓“天工”）形成的。但是“人工”往往“巧夺天工”，有许多先进的发明创造。《天工开物》一书就论述了劳动者“巧夺天工”的技艺。总的来说，在人类社会中，是由于“天工”和“人工”的共同作用，才创造出万物。“天工开物”的意思就是“自然和人工共同开创万物”。
《天工开物》广泛地总结了我国古代主要是明代的农业和手工业的技术成就，内容充实，文字简洁，插图生动，别有风格，不愧为我国古代一部百科全书式的杰出的农艺学和工艺学的文献。全书分上中下三部，再依不同生产部门，编列十八卷；各卷标题多引用古书中词句，大概是表明该项生产古已有之。现将各卷内容简介如下：
第一卷“乃粒”：指谷物粮食。《尚书》有“燕民乃粒”句，指民众粮食。本卷记述稻、麦、粱、粟（小米）、胡麻（芝麻）和菽（豆类）等各种作物的种植技术、农具以及灌溉机械的使用方法。
第二卷“乃服”：指衣服。古代蒙学始本《千字文》有“乃服衣裳”一语。本卷介绍养蚕、缫丝、棉和麻的栽培以及纺织的技术，附有各种纺织机械的构造和操作技术。
第三卷“彰施”：指染色。《尚书》有“以五采彰施于五色作服”一语。本卷记述了二十四种颜色的质料、七种染料植物的种植和染色的方法。
第四卷“粹精”：指谷物加工，取得谷物中纯粹、精华的部分。本卷介绍稻、麦、黍（糜子）、稷（黍的一种）、小米、高粱、芝麻、豆类等粮食的加工方法。
第五卷“作咸”：指制造食盐。《尚书》有“润下作咸”一语。本卷记述海盐、池盐、末盐（用地碱煎的盐）和崖盐（岩盐）的生产技术。
第六卷“甘嗜”：指制糖。本卷介绍种蔗、制糖、养蜂以及用谷物制造糖浆的技术。
第七卷“陶埏”：指陶瓷生产。《旬子》有“陶人埏埴（揉粘土）而为器”一语。本卷介绍烧制砖瓦、缸瓮和其他陶瓷器的生产。
第八卷“冶铸”：叙述钟、鼎、锅、炮、钱和铜镜、佛像等的铸造、原料配备、造型工艺及铸件修补方法。
第九卷“舟车”：叙述车辆和船舶的种类、结构、制造方法以及驾驶操作技术。
第十卷“锤锻”：叙述冶铁（锤、锻、焊接等）、炼钢、冶铜（熔、锤、焊及合金）和锻铸斧、锄、锉、锥、锯、刨、凿、锚、针等各种铁件的技术。
第十一卷“燔石”：指烧制矿石。本卷介绍烧炼石灰、蛎灰、矾石、硫黄、砒石，以及开采煤炭的技术。
第十二卷“膏液”：指油脂生产。本卷叙述各种食油、灯油和制烛用油的榨油技术。
第十三卷“杀青”：指造纸。《后汉书》有“欲杀青简以写经书”一语。本卷介绍制造各种纸张的技术。
第十四卷“五金”：关于金、银、铜、铁、锡、铅、倭铅（锌）等金属矿物的开采和冶炼技术。
第十五卷“佳兵”：指兵器。先秦哲学著作《老子》有“夫佳兵者，不祥之器。”一语。本卷讲弓、弩（用机械发射的弓）、箭、干（盾牌）、火药和各种火器的制造技术。
第十六卷“丹青”：指颜料。《汉书》有“丹青所画”一语。本卷叙述朱砂、水银、银朱和烟墨的制造技术。朱砂即辰砂（硫化汞矿物），可从中提炼水银（汞），也可作红色颜料或药物用。银朱是由水银加硫黄后升华而成的硫化汞，也可作红色颜料。
第十七卷“曲蘖”：曲指酒母；蘖原意为稻麦等的萌芽，此处指用稻麦酿酒。本卷讲制造酒曲、配药用的神曲、防腐用的红曲和酿酒的技术。
第十八卷“珠玉”：讲述珍珠、玉石、玛瑙、水晶等采取和琢制加工的技术。
除上述十八卷外，原来还有“观象”、“乐律”两卷。全书付刻前，宋应星感到自己对这两门学问研究得还不够，便把这两篇删掉了。
《天工开物》各卷的先后次序，宋应星在自序中说，是根据“贵五谷而贱金玉之义”编排的。关于粮食和副食品的生产技术的叙介，占了全书三分之一的篇幅，体现了以农业为本的传统思想。宋应星在重农的传统基础上，又以很大的注意力移到手工业生产方面，书中关于手工业生产的卷数占总卷数的三分之二。宋应星重视手工业生产，这是同当时的商品经济比较发达、手工业品的需求有所增长、手工业生产技术有所改进的情况相适应的。书中关于各项生产部门的记述，涉及品种、来源、产区、工具使用、制造方法、操作过程、天然灾害等等许多方面，比较完整地、全面地反映出当时农业和手工业生产技术发展的情况。
《天工开物》初刻本还附有一百二十一幅插图，描绘了一百三十多项生产技术和工具的名称、形状、工序。图中出现了二百七十多名劳动人民的形象：有耕耘田地的农民，有织制彩锦的工匠，有航行江海的船夫，有许多年老工人，也有牧童少年，还有从事纺织的妇女，以及入河采玉的少数民族，此外，还有在演习和作战中的士兵。看着这许多生动的画面，我们好像被带进到了三百多年前的生产现场。用这么多的画面来表现劳动生产和劳动者，这无论在我国还是世界的古代科技书上都是罕见的。插图中有结构比较复杂的机械图，如花机、水碓、水车等，比例大体恰当，具有立体感，绘制的技巧相当高。这些插图，对于研究我国古代（特别是明代）的科技史和劳动人民的生产活动，是很重要的形象资料，已为现代中外科技史著作所大量引用。
《天工开物》的科学价值
《天工开物》记述了我国古代在当时世界上处于先进水平的生产技术，书中讲到的许多机械和工艺体现了我国古代劳动人民的智慧和创造力。这里试从几个方面，来谈一谈《天工开物》的科学价值。
1.农业和生物学方面
我国是世界上最大的农作物起源中心，很多农作物是我国古代劳动人民最早从野生植物驯化选育而成的。明代时农业生产更有所发展，以水稻生产为例。《天工开物》就作了详细的记述。书中谈到品种和浸种、育秧、分栽的技术，谈到早稻、晚稻和间作的双季稻的栽培方法，记录了某些水稻品种的变异现象。关于施肥，除举出人畜粪便、榨油枯饼、草皮、木叶等以外，还提到南方用磨绿豆粉的水浆灌田，黄豆价贱时以豆作肥料，这是以前的农书中所没有谈到的。关于改良土壤，讲到对土性带冷浆者施用骨灰和少量石灰，对土质坚硬者要用烧土法；这是我国关于合理使用磷肥的最早记录。并于耕作和田间管理，记载了耕、耙、耘、耔（培土）的工具和技术。灌溉方法，记述了筒车、牛车、踏车、拔车等各种水车和井上汲水工具桔梓等灌溉工具的使用效率。此外，还总结了水稻因遇水、旱、风、虫、雀鸟啄食等而出现的八种灾害及其防治方法，这在古农书中也是罕见的。《天工开物》讲到的水稻耕作技术，有许多直到现代还在使用。
《天工开物》广泛地记载了各地农作物的品种和特性，叙及土壤、气候、栽培方法对作物品种变化的影响。例如：南方水稻因干旱缺水的影响，经过人工培育而变成旱稻，可在高地种植；在北方，大麦品种“随土而变”，黍粒的大小则受土质肥瘦和季节的影响。宋应星在大量观察的基础上得出结论说：“五谷不能自生，而生人生之”，这是指农作物要靠人工培育；“种性随水土而分”，这是说物种因环境条件的变化，经过人工培育，可以改变品种的特性。这个结论是符合科学的。
我国养蚕业有悠久的历史和丰富的经验。《天工开物》记述了将黄茧蚕同白茧蚕杂交，培育褐茧蚕，又将“早雄”（一化性雄蛾）同“晚雌”（二化性雌蛾）配种杂交，从而培育出“嘉种”的经验。这是生物学史上的珍贵记录，说明利用杂交优势，在我国古代已经出现。
我国古代种植甘蔗和提制蔗糖的技术，宋代王灼的《糖霜谱》已有专门记载。《天工开物》叙介的有关技术则大大超过了前书所述。“甘嗜”卷除肯定“锄耨不厌勤”的精耕细作的传统要求外，讲到因地制宜种植甘蔗，育苗移秧（有利于适应抗旱、提早成热、提高单产等），平放双芽苗（避免下种时一上一下，致芽难以生长），使用清粪水（速效氮肥）催芽等等，这在当时来说都是先进的增产措施。
我国是世界上最早懂得利用微生物发酵来加工食品的国家，三千多年前就知道用曲酿酒和制酱。《天工开物）记载的制曲方法，是这方面经验的总结；其中所记对食品具有防腐防臭作用的红曲，就是古代劳动人民的一项创造。书中提到用明矾水（无机物溶液）培养纯化红曲种（微生物），这种方法至今还是有用的。
2.采矿和冶金方面
我国采矿和冶金的历史也是十分悠久的，但从《天工开物》开始才有关于采矿方面的专篇著作。该书“五金”，“燔石”和“丹青”等卷记载了矿产三十多种，保留了古代采矿知识的珍贵资料，在我国科技史上第一次对地下矿藏的开采方法，包括井下巷道的支护、通风、矿井的提升和充填等，有比较具体的论述。从中可以看出，明代时我国冶金和金属加工生产的规模、产量和技术，都处于世界的先进地位。
炼铁方面，炼铁炉已使用活塞式木风箱，可以连续鼓风，强化冶炼过程，这项重要发明比欧洲要早。《天工开物》的记载，反映出当时炼铁技术的几个特点和优点。第一是钢铁生产程序的创造：先把铁矿石炼成生铁，再由生铁炼成熟铁，然后由生铁、熟铁合炼成钢。第二是炼铁炉操作的半连续性：在第一炉出铁之后，用泥堵住出铁口，鼓风再炼二炉。这比当时欧洲的间歇式生产要先进。第三是生铁、熟铁连续生产的工艺：把炼铁炉和炒铁炉串联使用，使从炼铁炉流出的生铁水，直接流进炒铁炉炒成熟铁，从而减少了一次再熔化的过程，既加快了速度，提高产量，又节省了燃料。当时的欧洲还没有这种方法。第四是熔剂的使用：把生铁炒成熟铁的时候，用细泥灰作熔剂，撒在铁水上面，同时用木棍不停地搅拌，以加速生铁的氧化。这些技术在当时都是先进的。
铸造方面，《天工开物》介绍了铸造大锅和万斤以上的铁钟、铜钟、香炉的方法：先调和石灰、泥和细砂，制造内模；再用牛油、黄蜡涂附在内模上面，平整后雕刻文字或图案。另用极细的泥粉、炭沫调成稠糊，逐层涂铺在油蜡上面作为外模。然后用慢火烘烤，使里面的油蜡熔化流出，形成空腔。再在模型的四周修砌几个熔炉和泥槽，等钢或铁熔化时，一齐打开出口，让钢液或铁液汇注入模内。这种用小炉群汇流和连续浇注作业来铸造大型金属器件的技术，熔模失蜡的铸造工艺，以及铸钱用的砂型铸造工艺，不仅在当时是先进的，而且它的基本方法在近现代还在使用。
关于金属的热处理和加工工艺，《天工开物》讲到了从“重千钧”的大铁锚到“轻一羽”的绣花针的不同制品的生产过程。制针时，先用生铁做成拉丝模型，进行冷拉，剪成针坯，然后入锅炒熬，炒后，用泥粉掺入豆豉（作促进剂）、松木和火矢（一种渗碳剂）三物盖在上面，再加热，最后经淬火成针，这在当时也是先进技术。至于制锄用的“生铁淋口”法，即在熟铁坯件的刃部淋上生铁，经冷锻，淬火后渗碳，这是我国古代劳动人民创造的液态渗碳工艺。
3.化学方面
《天工开物》记述了某些金属元素的化学性质，还分别比较了几种金属的活泼程度，并利用它们之间的差异来分离各种金属。例如要提纯杂金，就在坩埚里加入熔点较低、能起助熔作用的硼砂，可以分出金来；然后放一点铅，再把银分离出来。如要去掉银里的杂质，方法是将杂银送入高炉用猛火熔炼，撒上一些硝石，使其中的铜和铅全部结在埚底。
该书还记录了若干起化学反应事例。如用铅和醋制成胡粉（又叫白粉，即碱式碳酸铅），这是化合反应；用铅提纯银，这是分解反应；用葱汁拌入黄丹（氧化铅），慢火熬炒，就能把黄丹还原成铅，这是置换反应。这说明，宋应星已认识到：上述各种反应中有一种基本的物质，而与它有关的反应中出现的其他物质则是派生的；也就是说，白粉和黄丹都是铅的表现形式。在十七世纪上半叶就具有这样的认识是很了不起的，因为它正是科学的化学元素概念的初步萌芽。
《天工开物》关于倭铅（锌）的记述，在化学史上也值得一提。书中说：倭铅似铅而活动性能更猛烈，如不和铜结合，一见火就挥发成烟；用炉甘石（碳酸锌矿石）烧炼时，必须装入泥罐密封，不可与空气接触，防止挥发。这一记述，说明我国提炼锌早于西方。因为在西方，到十七世纪末叶才在英国炼得金属锌，而直到十八世纪中叶德国炼出金属锌时，科学界才确认锌是一种独立的金属元素。
《天工开物》在记述用朱砂制水银和用水银制银朱时，指出：用一斤（十六两制）水银，加入两斤石亭脂（天然硫黄），加热升华后，得银朱十四两、次朱三两五钱，两者合计超过一斤，多出的重量是从石亭脂的硫质中产生的。这表明宋应星初步认识了化学变化中质量守恒的道理。还有，银朱中硫的含量很少，而用水银升炼时却要用成倍的石亭脂，可见当时从事生产的工匠和进行考察的宋应星已有这样的经验：为了使比较贵重的物质（如水银）能最充分地参与化学反应，就需要加入多量的比较便宜的其他反应物质（如石亭脂）。这种方法在现代的化学实验和化学工艺中还常常应用。
《天工开物》记述应用化学技术的经验更多。如“彰施”卷讲到二十几种颜色的拼色工艺和提取各种染料以及施用媒染剂的经验。“杀青”卷提到造竹纸工艺中用石灰浆处理竹穰、用柴灰处理纸浆、在纸浆中加入纸药水汁这三项关键性的化学工艺，这比旧的造纸法已大进了一步。“甘嗜”卷中提到用石灰澄清法处理蔗汁以沉淀杂质并中和酸性物质的经验。“五金”卷论述用红铜和倭铅按不同比例配方制成各种铜锌合金的经验。这类记述很多，就不一一介绍了。
4.物理学和机械学方面
宋应星在写作《天工开物》时，对一些物质的物理性能和一些机械的物理作用进行了探索。例如，他指出各地盐场的盐，同是一升，但重量不一；同是一立方寸的金、银、铜，重量也不同。这里就提出了比重的问题。书中记述了船身大小同载重量的关系，船舵大小同转运力的关系，表明宋应星对于力距、重力以及面积同压力的关系等问题，已有了一定的理解。
明末手工业中已广泛使用简单的机械。《天工开物》中绘有许多机械构造图，记载了不少发明创造，如机械设计上用连续运动代替间歇运动以提高生产效率，在机械传动方面发展了绳索传动、链条传动和连杆传动等。“乃服”卷记载的脚踏式纺车和花机等机械，结构复杂，在当时世界上居于先进地位。以明代的丝织技术来说。《天工开物》所总结的就有十几种织造工艺，生产各种花色的绫、罗、绸、缎、锦等。留下来的明代的精美织品，至今还使人们赞叹不已。
明代的某些机械已经是近代机器的雏形。例如“粹精”卷介绍了“一举而三用”的水碓，这是一种利用水力来磨舂谷物的机械，它“激水转轮，头一节转磨成面，二节运碓成米，三节引水灌于稻田”。这个水动装置具备了动力机、传动机和工具机三个部分，所以已经是近代机器的雏形。“作咸”卷记载的打井机械，有一种铁锥，能把石山不断地冲凿成孔，每凿进数尺，用竹杆接长，继续凿进，这种工具可以说是近代井钻的雏形。这是世界钻井史上最早的资料之一。由于当时的中国，封建制度还严重地障碍着社会生产力的发展，所以这些先进机械的出现只是个别的现象，得不到广泛的应用和发展。
宋应星科技研究的几个特点
科技巨著《天工开物》的写成，不是偶然的。明朝时社会生产力有所发展，农业特别是手工业生产有明显增长，工场规模扩大了，工商城镇多起来了，国内交通相当便利，海外贸易也随着航海技术的发达而开展起来，这一切，都是有利于科学技术交流的客观条件。宋应星关心国计民生，反对空谈，不为功名利禄所束缚，在一定程度上冲破了所谓“上智下愚”的剥削阶级偏见，重视生产劳动，比较地接近劳动人民，这些主观条件，使他能在科技研究方面走上正确的途径。与此相联系，宋应星的科技研究工作具有这样几个特点和优点。
其一，重视实地考察和实践：宋应星在《天工开物》的序言中表示了对那些食古不化、徒有虚名、不务实际的人的鄙视。他说，世上一些所谓“聪明博学”者，往往对常见的枣花梨花还分不清楚，却胡乱猜测古书上所记楚昭王看到的萍实是什么样子，连铸锅的模型都很少接触，却妄谈春秋时候的宝鼎，这种人是不足效法的。他认为要进行研究，不能只靠别人说的和写的。他指出，明代中原统一，比东晋、南宋时国内分裂的局面好得多，从云南到辽东，从岭南到燕北，交通畅通，“为方万里中，何事何物不可见见闻闻”。因此，他为了了解各项生产技术，尽可能进行实地考察。如为了研究纺织生产，他走访了许多纺织业工场作坊，仔细观察各种机械的结构尺寸和操作方法，画下了多幅生产图和机械图，而且弄清了从养蚕、缫丝、种棉到纺织成品的来龙去脉。通过仔细的观察，他对蚕蛹变成蚕蛾，破茧而出，雌雄交尾，一只雌蛾产卵约二百余粒等等，连同时间变化，作了生动具体的描述。
在介绍种蔗经验时，宋应星强调要“试验土色”，要亲尝土味，味苦的不宜种蔗。但山里河流上游的坝地，即使土味甜也不行，因为山气寒冷，温度不适宜。最好是阳光充足的下流河坝地，要沙壤土，不要黄泥土，等等。这都是他经过实地考察而总结出来的蔗农多年积累下来的有用经验。
宋应星在“膏液”卷中，记下了经过试验的十多种榨油原料的出油率。又说，“其他未穷究试验”的，还有待以后补记。他在“佳兵”卷中提到古书上讲的，烽火台上狼粪烧的烟能迎风直上，江豚骨灰能逆风燃烧；他认为对这种传闻不能轻易下结论，“皆须试见而后详之”。可见，他对于没有试验过的东西，是采取慎重态度的。
其二，请教有丰富实践经验的劳动者：宋应星在《天工开物》中一再赞颂直接生产者的创造性劳动。他表示：上古神农氏有无其人虽不得而知，但那些最早种植五谷、培育良种的“先农”，的确配得上神农的称号。他钦佩地说：耕田施肥要掌握好气候变化，“在老农心计也”；江南农民创造的“水碓之法巧绝”；丝织工匠织出的花色“人巧备矣”。他还赞扬老采煤工对地下矿藏“从土面能辨有无之色”。
宋应星经常到各地农村请教老农，到手工业生产现场走访工匠师傅，这样，才能对各种生产过程的细节、工艺要点、许多机械的构造和性能，以及生产中呈现出来的物理作用和化学变化等，有比较深切的了解，他甚至还了解到一些工艺技术的秘诀。例如，用红花染过的丝绸如要退色，可将所染丝绸浸湿，滴上几十点碱水或稻灰水，红色就会退净，将所得色水用绿豆粉吸收起来，再用来染红色，就不会退色了’。这种方法“染家以为秘诀，不以告人”。在封建行会习气浓厚、工场主严格保守技术秘密的情况下，宋应星能了解到一些技术秘诀，这正是他不耻下问，在虚心求教于工匠方面做了深入细致的工作的结果。
其三，注重实用：宋应星对于同广大人民生活有密切关系的产品和技术，记述较详细；而对于专供达官贵人享受的用品，则记述简略。例如，他详述了供多数人食用的水稻品种，最后说，“香稻一种，取其芳气，以供贵人，收实甚少，滋益全无，不足尚也”。他重视广大人民穿着的布衣、棉衣，而对皇帝穿的“龙袍”，只说比普通织品多费工本数十倍，至于如何制作，则以“不可得而详考”一笔带过。他对于普通人“日用必需”的杯盘等器皿的生产，记述颇详；而对于“不适实用”的供摆设的瓷器则讲得很简略。在述及专供皇家用的琉璃瓦“其土必取于太平府”（今安徽当涂、芜湖一带）时，他加了一条抨击统治者的夹注，指出制瓦和造皇陵，都要取土于其地，舟运三千里方达京师，承运的官吏除了掺沙作伪，一路上拉民夫，抢民船，“雇役掳舡之扰，害不可极”。关于“窑变”的附录中，他记载了正德年间（1506～1521）陶瓷工匠因为造不出供皇帝用的一种叫“宣红”的瓷器，以致“身家俱丧”，甚至跳入窑中“自焚”的悲剧，从而有力地揭露了封建统治者骄奢淫逸的罪恶。可以看出，宋应星注重实用技术，是同关心民间生活联系在一起的。
其四，重视数据：由于封建制度的束缚和轻视生产技艺的儒学传统的影响，在我国古代，科技著作不仅数量少，而且大都缺乏具体的数据。而掌握数据，是使研究内容具有科学性的条件之一。《天工开物》中记录了一百三十多项技术经济数字，这就增强了本书的科学价值。这些数字包括农业方面的农时、田间管理、单位面积产量，手工业方面的各种生产工具的大小尺寸、材料消耗、使用寿命、材料配方、经济效率以及不同物质的物理性能，等等。例如书中所记各种铜锌合金的配方，至今仍有参考价值；特别是黄铜配方比例，同现代采用的配方非常接近。当然《天工开物》中所记的不少数字并不一定都精确，但这些记述足以说明宋应星对数据的重视。而且，这些技术经济数字是古代劳动人民长期积累的生产经验的总结，是了解我国古代工农业生产技术发展水平的重要资料。
其五，独立思考，着眼于发展：宋应星写《天工开物》，不是采录旧著，汇编成书，也不是有闻必录，述而不作，而是以直接的实地考察为主，独立地进行艰苦的探索和认真的研究，有分析、有鉴别地记录和总结当代的生产技术。上述许多事例说明，正因为以实践经验为依据，又经过独立思考和研究，才能有所发现，有所创见。
另一方面，宋应星也重视前人研究成果和别人的有用经验。例如，他在写作中就参考了李时珍的《本草纲目》和王灼的《糖霜谱》等著作。他还留心外国的技术。《天工开物》中曾经提到朝鲜的纺织、榨油技术和海船的制造，日本的制刀、造纸和造船，波斯（今伊朗）所生产的一种叫“波斯矾”的黄矾，以及葡萄牙人制造的“佛朗机”（炮）和荷兰人制造的“红夷炮”等。
对于生产技术，宋应星总是着眼于发展和新的发明创造。例如，他注意到兵器制造的“日盛月新”，并且认为人们的“巧思”是没有止境的。他还高兴地提到金属冶炼技术的“日异而月新”，提到制曲方剂的“配合日新”，不断改进。关于陶瓷器皿，他认为，虽然已经制作得很精美，也不会停止不前的。关于将自然物加工为人类所用的情况，他说：“其道宁终秘也”；这里透露了探索自然奥秘的思想。从这些话里可以看出，宋应星已经意识到，人类的认识是不断向前发展的，生产技术的进步是没有止境的。
其六，驳斥迷信：科学和迷信从来是对立的。宋应星根据生产实践和实地考察，指出了一些迷信传说的虚妄。如在“乃粒”卷中，他针对有人因稻灾而“反怨鬼神”，指出种子带病是水稻发病的一个原因，这是“祟在种内”，并非鬼神作怪。对于人们所说的能够烧毁稻穗的“鬼火”，他虽然还不知道这是磷火，但他否定有所谓“鬼火”，认为不过是坟墓中被水浸烂的棺木所发出来的“火子”，这种解释明显地表达了反对迷信的精神。他还指出，所谓“有清官感召”而使珍珠增产，这是谬妄无稽之谈；并且揭穿了道家巫士借炼丹术以骗取钱财的行为。
在肯定宋应星在科技研究工作中的特点即优点的同时，也应该指出，由于历史条件和科学水平的限制以及个人认识上的不足，《天工开物》的内容也存在这样那样的缺点和错误。例如，他不知道先秦古籍中出现的“麻”就是俗称火麻的大麻，却推测为“其种已灭”等等。见于《尚书》的“桌麻”，古代泛指麻类，他却又臆断为是后来的棉花。又如，说“江南麦花夜发，江北麦花昼发”；说矿区耕垦后铁矿会“逐日生长，愈用不穷”，这都不符合事实。至于说珍珠是在蚌腹内“映月成胎”而成，宝玉是“映月精光而生”，死人嘴里含着上等珍珠尸体就不会腐烂，等等，更是明显的错误。书中绘图也有不够准确的地方。不过，对于全书来说，这些不足之处是瑕不掩瑜的。总的看，《天工开物》的内容具有重大的科学价值；宋应星从事科技研究的基本途径和基本方法是值得肯定的。
宋应星的自然学说
宋应星在写完《天工开物》之后，接着又写了许多关于自然学说的著作。可惜，今天能看到的只有《论天》和《论气》两种。《论天》已经残缺，只剩了“日论”六章，是讲天体运行的。《论气》的内容涉及物理、化学、生物等方面，许多是联系生产技术来分析的；可以说，《论气》是以《天工开物》为基础，对生产技术研究进行理论上的探讨。这两本书的内容反映出，宋应星的自然学说贯穿着朴素的辩证法和唯物主义的观点。
首先，宋应星肯定了客观世界的物质性。他说，“盈天地皆气也”，充满于宇宙之间的都是“气”。世界万物是“气”这种根本的物质元素在不同条件下的不同形态：“气”赋有具体的物态（液体、固体）时，这叫“形”；“形”还原为本来的根本物质，仍然是“气”。这种认识，是同液体气化和固体燃烧后烟消灰灭这类最普遍的现象相联系的。他看到制陶、冶炼、印染等等许多生产过程中物体形态的变化，都通过水或火起作用，又认为水火是处于形与气之间的中间状态。他指出，动物、植物、矿物等物体是“同其气类”，也就是说，各种物类就其所构成的根本物质来看，是具有共同性的。显然，这种认识已经初步接触了世界的统一性就在于它的物质性这一唯物主义的原理。认为客观世界是“气”这种根本物质构成的，这在宋应星以前的古代哲学家早已提出过。宋应星比前人进了一步的地方，在于他更多地联系到生产和科技的实践。
其次，宋应星认为物质世界是在不断运动着的。他举例说：“气聚”而形成为日月，日月或明或暗，或升或没；星陨为石，石又化为土；气化为雨雹，雨雹又转化为气；草木与人类、禽兽、虫鱼等动植物从生长到死亡，尸体腐朽化形，等等，这都是“由气而化形，形复返于气”的带规律性的变化，是“二气”（水火）和“五行”（水火加金木土）等物质自身的运动和变化。总之，在宋应星看来，世界万物的运动变化，在于物质本身的原因。
宋应星还认为，在万物的生成变化中，“气”这个根本物质只是处于不同的形态中，而它的本身并没有消灭。例如，种子入地，由气而生，长大成木，砍伐成材，制成器具，遇火成灰，或叶落化为泥，最后又转化为气。他甚至说，即使宇宙遇到所谓“劫尽”（佛家语，毁灭之意），也不可能想象一切都归于乌有。这种认为物质不灭的思想，在科学史和哲学史上都是值得重视的。
宋应星还指出，天体运行中，存在着对立的现象。他说：“无息，乌乎生？无绝，乌乎续？无无，乌乎有？”例如日和月，从“未始有明”到“明生”，又由“明”到“无明”；草木则一年一荣枯，枯又复生，等等。他还通过分析水与火的相互作用，论述了事物之间相生相克、相反相成的关系。这些论述，表明他对于事物的矛盾运动有一定的理解，这些看法是符合辩证法的。
宋应星根据他对自然界的唯物主义的理解，曾经观点鲜明地批判儒家的天人感应说。天人感应说认为：帝王受命于天，上天经常用符瑞或灾害来告诫帝王，这是“天心”爱护人君的一种表示。许多儒者都举日蚀为上天示警的事例。宋应星在《论天》的“日说”章中写道：“儒者言事应以日食（蚀）为天变之大者”，但汉景帝的“二十六年中，日为之九食”，而王莽执政的“二十一年之中，日仅两食，事应果何如也？”唐太宗贞观头“四载之中，日为之五食”，而唐高宗在位时武则天掌权，头“二十年中，日亦两食，事应又何如也？”历代儒者对汉代文景之治和唐代贞观之治都是肯定的，对王莽和武则天这两个历史人物一般是否定的。宋应星就以儒者公认的事实为例，有力地提出反问，这一段批驳文章是写得很精彩的。他根据记载和自己的观察，在书中绘图说明：“纯魄（月）与日同出，会合太阳之下（掩蔽了太阳），日方得食。”这个说明是正确的。
17世纪上半叶的中国，近代的自然科学远未建立起来，这就决定了宋应星所具有的唯物主义观点，是朴素的、自发的，也是不彻底的。他把一些自己无法解释的自然现象说成是“天心之妙”、“造物有尤异之思”，这说明他还未能完全摆脱唯心主义的神秘观念的影响。他关于自然界的解释，如说“气”是万物的本原，“世间有形之物，土与金石而已”等等，终究是一种幼稚的假说。不过，我们还应该历史地来看问题。在三百多年前的中国，宋应星的唯物主义自然学说却是一种先进的思想。
我愿用我全部的生命从事科学研究，并把它贡献给生育我、栽培我的祖国和人民。
