“巧思绝世”的机械发明家马钧
在我国的江南的一些地方，至今还在使用着一种木制的灌溉工具——龙骨水车，它的最初发明者不是近代人，更不是现代人，而是古代的一位杰出的机械发明家——马钧。由于他改进了织绫机，发明了龙骨水车，制造了指南车、抛石机、“水转百戏”等精巧的机械装置，在历史上曾获得了“巧思绝世”的机械发明家的美称。
指南车的指引
马钧，字德衡，我国三国时代的魏国扶风（今陕西武功县、兴平县一带）人，生卒年代不详。他出身于一个贫苦的家庭里，祖籍世代务农。马钧从小就口吃，因而一生都不善言谈。他虽动口不好，但却善于动脑、动手，尤其喜欢读书。每当看到一本好书，他往往爱不释手。有一次他从书上读到了一个发明的故事，便立刻被吸引住了。
书上讲的是上古时代黄帝大战蚩尤的故事。一次，黄帝领兵作战，因天降大雾，军队辨不清方向，结果被蚩尤打败了。回去之后，黄帝就想，在这种多雾的地区作战，如能辨明方向就好了。这时手下一个聪明的谋士便提出一个设想。他建议制作一种装置，能始终指向一个固定的方向，将士们看到它就可以不迷失方向了。黄帝觉得这个设想很好，便命人进行研究和试验，终于制作了一种指南车。这是一种奇妙的车，车轮与一套装置相联，这套装置又与车上一个手臂指向南方的小木人相联。当车子转变方向时，通过这套装置的转换，总能保证木人的手始终指向南方。这样，在大雾再一次降临的时候，蚩尤部落倾巢出动，想藉此机会使黄帝全军覆没。但他们没有想到，这一次黄帝的军队，由于有了指南车的指引，加上黄帝指挥有方，使队伍进退自如，士兵们越战越勇，最终却把蚩尤打败了。
在读了这本书之后，马钧又从另一本书上读到，在周朝初年，南方的越裳氏派来的使臣迷失了回去的路线，周公便利用制作的指南车，派人护送他们回国了。
这些故事简直使小马钧着了迷，当时只有十几岁的他，竟异想天开，也要造一台指南车。他找来父亲干木匠活的工具和一些木板，边琢磨边动手试验，一干就是几天。可究竟怎么才能指南，书上没说，他试验来试验去仍是一筹莫展。母亲见儿子这几天神秘地忙个不停，常常愁眉苦脸，不思茶饭，便心疼地问他在干什么。他告诉母亲黄帝造指南车的故事，并说他也在造指南车。母亲一听就笑了，说那只是传说，不一定是真事儿。可小马钧挺倔犟，非说是真事儿不可。母亲见他一脸孩子气，又是那样认真，便半开玩笑地逗他说：“我儿现在年纪还小，等长大了就一定能造出指南车来。”马钧听到妈妈的鼓励才高兴地笑了。他决心等自己再长大一些时，再来造指南车。尽管这一次没造成指南车，但却培养了小马钧对机械的兴趣和勤于动手的习惯。这无疑影响了他日后的发展方向。
改进织绫机
马钧从小生活在乡间，从父老乡亲们每日沉重的劳动中体味到生活的艰辛，并总想用什么办法来减轻乡亲们的劳动。为此，他非常注意研究当时所能见到的各种机械，并设法改进它们。其中比较突出的是他对织绫机的改进。
我国是世界上最早发明养蚕缫丝的国家。早在商朝的时候，以桑养蚕与缫丝织绸的技术就有了相当的发展。当时的人们已经掌握了平纹织法和挑织法，用以织出带有各种图案的丝织品。到了春秋战国时期，已掌握了能织出十几种丝织品的方法。到了汉代，中国的丝绸开始传入国外，我国由此获得了“东方丝国”的称号。
与此密切相关的是纺织机的发明和改进。我国最早的织布机大约发明于商朝的手纹织机，到周朝又发展出提花机械，至少在战国末期已经开始使用足踏织机了。利用脚踏板作提综（织机上使经线上下交错分开以便梭子通过的装置）开口的装置，就可以腾出手来投梭，手脚并用，使功效大大提高。这种织机是纺织技术史上具有划时代意义的发明。到了西汉初年，对织机又有了进一步的改进，有人还曾发明了一种新型提花机。它用120根经线，60天就能织出一匹花绫。但这种织绫机的最大特点是每根经线都要用一个脚踏的蹑（即踏板），这样120根经线就要有120个蹑，操作起来既费力又费时，很不方便。后来有人对它作了改进，把它简化成“五十综者五十蹑”或“六十综者六十蹑。”
马钧家的一位邻居大妈就有一台这样的“六十综者六十蹑”的织绫机。这种织绫机虽然效率有所提高，但织一匹绫子仍需几十天的时间，且复杂笨重、不便操作的问题仍没得到解决。
马钧从小就非常喜欢去大妈家看织绫。他觉得大妈的织绫机神秘、可爱，在大妈的熟练操作下，一匹匹色彩鲜艳、图案生动的花绫从织机中“流出”，比妈妈巧手绣出的刺绣还漂亮。随着马钧逐渐长大，大妈一天天变老，面对60根线、60个踏板，逐渐有些力不从心，动作也明显不如以前熟练，以往一个月就能织出的布，现在往往要用三个月甚至更长时间才能干完。马钧觉得这都是由于这种织绫机太复杂造成的。如果能使它的机构再简化一下，操作方便一些，就不会这么费力了。马钧那颗喜欢钻研的心又活动起来了，他决心要对这种织机加以改进。
马钧趁大妈有一段时间卧病在床之际，把她的织机全部拆开，仔细地研究了它的结构和各种零部件的功能。然后经过日夜的苦心钻研和反复实验，又重新设计了织机，将“五十综者五十蹑”和“六十综者六十蹑”两种旧织机，都改装成只需12个蹑的织机。这样就大大简化了织绫机的构造，使生产效率一下子提高了5倍。
当大妈身体康复，再次站到织绫机前时，看到的是一台很简便的织机。当她坐到机前操作时，更觉得方便至极，自己仿佛一下子又回到了身体强健的年轻时代，甚至比那时还要强。原来织一匹绫至少也要一个月，可现在她十来天甚至更短的时间就可织出一匹。她高兴得合不拢嘴，逢人便称赞马钧的才能。由于用新绫机织出的图案自然，变化多端，质量也有很大提高，所以在市场上成了畅销的抢手货，深受人们的欢迎。
于是，远近的许多人都慕名而来，请求马钧传授制作新型织机的技术。看到自己的发明赢得了人们的欢迎，马钧也很兴奋，对上门求教者都热心传授，并且不收分文。由此，经过马钧改进的新型织绫机便迅速地被推广开来，为家庭手工织布业的发展做出了贡献。马钧的名字开始为世人所知，“天下知其巧矣”。
夭折的抛石机
马钧即使在改进织绫机的时候，脑海里仍不时地闪现着童年时代要制造指南车的梦想。但同时也觉得单凭自己当时的力量，很难完成如此复杂的大型器械的制作任务。为此，他于公元233年来到魏国京城洛阳。此次来京城所抱的希望之一，就是能借助朝廷的力量来实现自己的梦想。后来经人介绍，他认识了京城的一位著名学者、文学家傅玄。中国历代统治者都有重视文学的倾向，所以作为文学家的傅玄能够有机会与上层权贵们接触。傅玄很欣赏马钧的才学，也听说过他改进织绫机的事。因此，两人相识不久便成了莫逆之交。傅玄答应帮他想办法，找机会向朝廷推荐。
傅玄深知，在他那个时代里，要想举荐成功，仅有才华是不行的，一定要为当时的官府作出一定的贡献，才能为权贵们所重视。马钧虽然成功地改进了织绫机，但对于那些视生产为“下人”所为的权贵们来说，根本不屑一顾。当时，由于魏、蜀、吴三国之间经常打仗，所以朝廷对个人的军事功绩比较重视。傅玄思忖，按马钧的才能，虽然不能在领兵打仗上建立功勋，但却可以在兵器的改进方面有所作为。
当时，蜀国丞相诸葛亮创制了一种武器叫连弩，可以连续发射几十支铁制弩箭，对魏国的军队威胁很大。马钧看到了魏军从蜀军那里缴获的连弩后，认为巧是很巧，但还不是最好的，如果改进一下，威力还能提高几倍。但他没有马上着手去改进连弩，而是看中了一种威力更大的攻城武器——发石车。这种发石车就像一个大天平，一头挂着一个斗，里面可以装几斤或几十斤重的大石球；另一头挂着很多根绳子。几十或几百名士兵拉着绳子，一齐用力把挂绳子的这一头拉下来，挂石头的那一头飞快地翘了起来，石头就被抛了出去，借以打击敌人。马钧发现，这种发石车不但用人多，花费时间长，抛出去的石头速度低，威力不大，敌人只需在城楼上悬挂湿牛皮，就可以轻而易举地挡住石弹，而且它只能间断性地单射，不能连射。
为了克服这些缺点，马钧研究设计了一种新的攻城武器——轮转式连续抛石机。他设想，用一个竖置的并能绕轴转动的大木轮，在轮缘周围用绳子吊上几十块“石弹”，然后用机械使轮子飞速旋转，轮边的“石弹”也会随之一起旋转，当转速达到一定程度，按一定节奏断开绳索，就会使石弹“首尾电至”，连续发射打击敌人。马钧按照这一设想，利用车轮和几十块砖瓦作了简易实验，结果与设想的一致，接连不断打出去的砖瓦，能飞出几百步远，威力很大。
傅玄见到这一试验结果非常高兴。他想，国家正处在交战之时，权臣们一定会对这一发明感兴趣，也一定会重用马钧这样的不可多得的人才。于是，他便亲自带领马钧，拿着设计图，直接去拜见安乡侯曹羲。曹羲见傅玄推荐的所谓“人才”，只不过是一个乡村匠人，便有些不以为然。但碍于傅玄的面子。才勉强地问了问这种武器的一些情况。由于马钧本来就不善言辞，加之又是第一次见到如此高官，未免有些紧张，一时间竟不知该说些什么。曹羲便以不善辞令、讲不出深奥的道理为由，不同意让他进行试制。傅玄为国荐才心切，只好亲自向曹羲讲述了这种武器的精巧及其威力，并将其称之为“国之精器”，力劝曹羲应“以考试为衡器”进行试验，以便不至于把美玉当成石头而随意抛弃了。经过傅玄的耐心说服，曹羲才同意将此事上奏主持军事并辅政的武安侯曹爽。但曹爽此时正忙于和司马氏争夺权势，对马钧的这一发明根本无心理会。傅玄和马钧都很失望。这一天才发明就此夭折。对这件事，傅玄曾感叹说：试验一下，本来是极容易的事。可是像马钧这样天下知名的巧人尚且得不到重视，更何况那些不出名的人呢！
水转百戏
此事过后不久，有人给魏明帝进献了一种叫做“百戏”的木偶玩具，它设计精巧，造型优美，美中不足的是不能动作。善于谄媚的曹爽这时才又想起了小马钧。为了取悦于明帝，这次曹爽派人找到了马钧。魏明帝问马钧：“你能使这些木偶人动作起来吗？”马钧略一观察，便自信地回答说：“能！”于是魏明帝便命马钧加以改制。
马钧奉诏后，便在宫廷内开始研制起来。他调动了自己的全部才智，制作了一套复杂而巧妙的齿轮、连杆、凸轮等组成的传动装置。然后又用木材制成了原动轮，用水作动力，使其旋转，通过传动装置的传递，使旋转运动变成了各个木偶各自不同的动作。这就是传说中的“水转百戏。”
制作完成后，魏明帝传旨，让群臣到后花园观赏改进后的“水转百戏”。这一天，宫廷里张灯结彩，鼓乐齐鸣，群臣朝服齐整，嫔妃们妆抹艳丽，一同随着明帝来到了设置“水转百戏”的后花园里。人们只见一个圆形的水池中，设有一木制大轮，平放在池底，轮子的侧面设有喷水的竹管。当竹管向外喷水时，轮子开始转动起来，同时，轮子上面“戏台”上设置的木人也都一起动作起来，有的击鼓吹箫，有的翩翩起舞，有的跳丸（古代的一种杂技，以手掷球，上下交替）掷剑，有的爬绳倒立，还有的舂米磨面，斗鸡杂耍，出入自如，变化无穷，场面热闹非凡，直看得明帝和嫔妃及群臣们目瞪口呆，拍案叫绝。
发明指南车
通过“水转百戏”，马钧虽然得以进入宫廷，但也没受到重视，只给他当了个“给事中”的小官。马钧对此倒也不十分计较，他心中惦记的仍然是要制造指南车。于是他决定把制作指南车的事上奏明帝。在等待明帝召见的朝房里，马钧和部分官员谈起了指南车的问题，许多人对此都抱怀疑态度。当时在场的散骑常侍高堂隆和骁骑将军秦朗则全然否认指南车的存在。于是，马钧和他们便展开了争辩。
马钧说，黄帝、周公都曾制造过指南车；他们则说，这只是传说，不可靠。马钧又指出，史书上记载过，春秋时期也曾出现过指南车，特别是近时（指东汉）的张衡也曾造过指南车；他们说，这是古书上随便说说的。马钧坚定地认为，古代很可能造出过指南车，只是我们没有深入去研究罢了，其实，这也不是多么深奥的事，给我时间和材料，我就可以把它造出来。
一听马钧也要造指南车，高堂隆和秦朗便拿出平时空谈中练就的绝招，利用文字游戏来讽刺马钧。他们说：“先生名钧，字德衡。‘钧’是器物的模型，‘衡’可以定物的轻重。可你说话连个轻重都不分，难道可以作为模型吗？”意思是说马钧没有真凭实据，只是信口开河，乱说一气。马钧深知没有事实的证明，很难说服这些“空谈高手”，于是便直接了当地回答说：“徒作空论是没有用的，不妨试制一下，自见分明。”
他们一同去见魏明帝，奏明此事。魏明帝虽然对管理朝政庸碌无为，但对游玩奢侈之事却兴致甚浓。他以前也听说过古代帝王出行时有一种先驱车，叫指南车。车上站着一个木人，伸臂南指，不管车子怎么转动，木人手臂总是指向南方。他虽未曾考虑过这种说法是真是假，但现在听马钧说他可以为自己造出一台来，想到自己以后也可享受用指南车开路的气派，便立即下旨命令马钧重造指南车。这样，马钧不但获得了充足的材料、上等的工具，而且由于皇帝准奏，宫廷内的能工巧匠都可以由马钧调配了。
经过马钧的苦思冥想，终于弄清了指南车的动作原理，然后开始设计机构，并画出了设计图。在工匠们的帮助下，没有多长时间，终于制成了指南车。这下，高堂隆和秦朗无话可说了。
尽管受到人们的称赞，但马钧却是一个从不爱炫耀自己的人。当时的一位著名地理学家裴秀，第一次见到马钧后，见其言语迟钝，便对人们给予马钧的赞扬不以为然。他自恃知识广博，要找马钧辩论。马钧听说后，便有意避开他。裴秀更加得意了。马钧的朋友傅玄听到此事后，便找到裴秀，对他说：“你擅长的是说话，马先生擅长的则是智巧。你用自己的擅长去攻击马先生，当然会占上风。要是你和马先生较量智巧，未必能占上风！马先生非常谦虚，不愿和你纠缠，所以一直避开你，你还不知道吗？”裴秀听后也觉得有些惭愧。
自马钧制成指南车以后，朝廷上下都逐渐佩服马钧这位很有智巧的人，“天下服其巧矣”。
发明龙骨水车
马钧虽然有许多杰出的发明创造，却始终也未能受到封建统治者们的重视，反而常常受到阻挠和蔑视，才能也未能得到充分的发挥。对此，马钧的好友傅玄曾慨叹说：马先生的巧，虽古时的公输般、墨翟，近时的张平子（张衡）也比不过，但公输般、墨翟为时所用，有益于世；平子虽任侍郎，马先生虽为给事中，但都没有做工官，不能发挥更大的作用，用人不能尽其才，实在太可惜了。尽管如此，马钧并没有过多计较，而是在完成了指南车的制造之后，便又开始了一个造福于子孙后代的构思，即要发明一种新的灌溉机构——龙骨水车。
离马钧在洛阳的住处不远的地方，有一片坡地，由于地势较高，无法引水灌溉，一直荒芜着。马钧觉得，如果能解决灌溉问题，则将是一片好菜地。由此，又萌发了他要发明新的灌溉机具的想法，并开始了对以往的灌溉工具的研究。
我国在东汉以前的主要提水灌溉工具是桔槔和辘轳。桔槔早在春秋战国时期就已经应用，实际上它是一种利用杠杆原理的提水装置。它是在井旁支一个木架，在木架上安装一根结实的木杆，木架将木杆分成短端和长端，短端系着木桶，长端坠个石块。当桶向上提水的时候，由于杠杆和坠石的作用，便比较省力了。辘轳则是利用轮轴原理制成的一种提水灌溉工具，它特别适用于深水井。但无论是桔槔还是辘轳，都不能连续灌溉，且效率也很低。马钧在研究了原有灌溉器具的基础上认为，只有使提水工具连续动作才能提高灌溉效率。为此，他开始了新的设计和试验。经过反复的试验和研究，终于制造了一种新的灌溉器械——龙骨水车，完成了具有世界历史意义的一项发明。
龙骨水车又叫翻车、踏车或水车。其构造是这样的：用木板作一个长约6.6米、宽约1.32～2.31米、高约0.33米的木槽，在木槽的一端安装一个比较大的带齿轮轴，轴的两端安装可以踏动的踏板。在木槽的另一端安装一个比较小的齿轮轴。在两个齿轮轴之间安装上木链条（即所谓龙骨），木链条上栓上串板。这样，在灌溉农田的时候，就把木槽的安有小齿轮轴的一端放入池塘或河中，人只要踏动大齿轮轴上的踏板，就可以使串板在槽里运动，刮水而上，实现了将水从低处提升到高处的目的，并且可以“更出更入”，循环不息，能连续不断地提水。龙骨水车比原来的提水工具效率提高近百倍。特别是由于它的结构轻便灵巧，妇女儿童都能踏转，所以很受欢迎，并迅速得到推广应用。这是当时世界上最先进的提水工具。
一千多年来，马钧发明的龙骨水车，一直作为一种重要的农业灌溉工具，在我国的农村被广泛的应用着。甚至在今天，江南的一些地方仍在使用着。
马钧的一生虽有过许多的发明创造，但一直未受到当时的统治者、官府的重视。然而，他的发明却受到了广大劳动人民的欢迎。后人敬仰他，称颂他为“天下至巧”。马钧已作为“巧思绝世”的机械发明家永远载入史册。
中古时代的天文学巨星郭守敬
在世界历史的中古时代，欧洲正处于中世纪时期，古希腊天文学的光辉被淹没了，天文学似乎出现了千年沉寂。当时，亚洲的中西部、埃及和西班牙是阿拉伯帝国的统治区，天文学还比较发达。而在世界的东方，中国天文学在上古时代诞生后一直沿着自己的道路独立地发展着，在这过程中出现过许多著名天文学家，本文所介绍的郭守敬则是其中最杰出的一位。在世界上同一时期，他的天文学成就也是极其突出的，他不愧被誉为中古时代的天文学巨星。与此同时，他还以治水方面的卓越贡献而彪炳史册。
少年显天赋
13世纪初至30年代，中国的南方由南宋王朝统治，而北方由日益没落的金朝和日益强盛的蒙古汗国统治。金哀宗天兴三年（1234年），成吉思汗之子、蒙古大汗窝阔台灭金朝，统一了中国北方。在这之前三年，即金哀宗正大八年（1231），本文主人公郭守敬出生于邢州的邢台县（今河北省邢台县）。他出生时邢台已为蒙古汗国所辖。
郭守敬号若思，其父亲大概在他出生后不久便去世了，所以郭守敬由其祖父郭荣抚养长大。郭荣粗通五经，熟谙数学、天文、水利等多种学术，给郭守敬以深刻的影响。少年的郭守敬不爱和年岁相若的孩子们嬉戏，而热衷于读书和观察周围的自然现象。据记载，他在十五六岁时曾获一幅《莲花漏图》，莲花漏是当时计时仪器壶中较先进的一种。因战乱，那时已很难见到实物，郭守敬仅凭此图加以琢磨，很快弄懂了它的原理。后来，在他31岁那年，据少年时的记忆独立研制出一台莲花漏。
郭荣有位老朋友刘秉忠博学多才，深通天文、算学、音律、术数等各种学问，受到成吉思汗之孙忽必烈亲王的器重，把他留在亲王府内当谋臣。大概在郭守敬十七八岁的时候，刘秉忠回家乡邢州奔丧。3年服丧期间，他带了一位名叫王恂的少年到邢台县以西100多里的紫金山闭门读书。郭荣听到这个消息，立即把郭守敬送至刘秉忠门下进修，王恂比郭守敬略小几岁，他们两人成了师兄弟和好朋友。3年后两人的学业都大有长进，刘秉忠对他们很赏识。
大概正当刘秉忠3年服丧期间，忽必烈亲王听取了另一谋臣张文谦的意见，派良吏去治理地处南北要冲但因长年战乱而农业凋零的邢州地区。张耕、刘肃被派到了邢州，他们采取了多种措施恢复农业生产，其中整治水道也为措施之一。邢州城的北郊有3条河流顺着地势从西向东流，最北的一条河道因泥沙堆积而淤塞，河水破堤泛滥，形成一片泥淖，中间的一条连河上架的石桥都陷于淤泥中，日子一久，连桥的所在处也找不到了。张耕、刘肃打算治理河道、修复石桥，便命年方21岁、刚师从刘秉忠3年后回家不久的郭守敬负责勘查和工程的治理设计工作。郭守敬通过现场实地勘测，提出了治理设计方案。根据他的方案，官府征调400多民工，挖出淤泥，疏通河道，使3条河流各有归宿，通行无阻，连埋没多年的旧石桥也被顺利地挖了出来，重新架设在河上。去往北方的大路上，过往行人再也不用艰难跋涉于泥淖之中了，河流也得以通航，农田又得到了灌溉之利。这项工程的顺利完工，首次显示了郭守敬在治水工程方面的杰出才华。
治水专家
蒙古蒙哥汗元年（1251），蒙古王公大臣拥立成吉思汗之孙、窝阔台之侄蒙哥为大汗，于是蒙哥成了蒙古汗国的最高统治者。蒙哥把包括邢州一带的广大汉族居住地区的军政大事全部交给其胞弟忽必烈亲王掌管。为巩固自身的统治，忽必烈采取了笼络汉族士大夫阶层和发展农业生产的方针。他召来在家乡守丧的刘秉忠。蒙哥汗三年（1253），他又让19岁的王恂担任其次子的伴读。郭守敬暂未进入仕途，他留在家乡潜心研究学问。
蒙哥汗九年（1259）秋，蒙哥汗在攻打四川合州的战役中阵亡。翌年，忽必烈在一些蒙古军事首领的支持和汉族谋臣的策划下，打破大汗应由王公大臣推选的蒙古传统，抢先自立为大汗，建都于开平（后称上都，在今内蒙古多伦县西北上都河北岸），并参照中原传统，下诏用年号纪年，这年便是中统元年（1260）。张文谦被封为“左丞”，不久又特派他兼任大名路（今河北省西南部地区）和彰德路（今河南省东北部地区）宣抚使。张文谦来到自己家乡邢州，诚恳邀请郭守敬出山做他的助手。
当时，忽必烈的军事力量主要用于蒙古族居住地区，与他的汗位争夺者阿里不哥和海都等人打内战。忽必烈十分需要一个巩固且能保障军需供应的后方。因此，发展农业生产成了大名路、彰德路宣抚使张文谦的主要任务。郭守敬认为，治水是恢复和发展农业的一个根本问题。在张文谦的支持下，郭守敬在大名路、彰德路两地区的各处奔波，认真勘察河流水渠分布，仔细研究地势地形，周密考虑引哪条水、修哪些渠、能增加多少灌溉耕地的面积等问题，最后逐渐在头脑中酝酿出一套整治水利的地区规划设想。
张文谦任大名路、彰德路宣抚使仅一年左右，便奉忽必烈之召返回都城开平。中统三年（1262），张文谦向忽必烈推荐了郭守敬，称许他“习知水利，且巧思绝人”。忽必烈很快召见了郭守敬。郭守敬向忽必烈汇报了自己在大名路、彰德路两地区的水利勘察情况，提出了6条治水建议，并详细阐述了每条建议中的工程方案及其效用。这些建议的实施，将对发展燕京（今北京市）以南、黄河以北的大片地区的农田水利灌溉和水上运输带来极大的好处。忽必烈对此深感兴趣，他当即派郭守敬担任提举诸路河渠的职务，让他经办各地河道水利事宜。翌年，郭守敬又被提升为佩带银符的副河渠使。
郭守敬的6条治水建议未能一一得以实施，原因是在他的第一条建议获准付诸实施之后，朝廷又派他去执行别的任务。中统五年，忽必烈更改年号，改称这年为至元元年（1264年）。这年初夏，郭守敬被派到西夏一带去视察河渠水道。几个月后，忽必烈决定建都燕京，并将其改称为中都。接着张文谦被派任西夏地区行政长官。西夏位于沿黄河的河套平原，一向是西北重要农耕地带，很早就开凿了许多灌溉渠道，但那时这些河渠大多已年久失修。在张文谦的领导下，郭守敬以副河渠使的职衔负责筹划整修西夏古渠，计划制定后，得到许多当地官员的支持，民众也踊跃参加。不到一年时间，不仅疏浚了旧有河渠，还开辟了几条新渠，同时设计修建了许多水坝、水闸来控制和调节河渠的水量。于是这一带出现了渠水四达、稻麦丰收的景象。后来，西夏人民特意在当地建了一座生祠，来纪念他的功绩。
至元二年（1265），郭守敬回到中都，忽必烈升他为都水少监，这是掌管全国治水的中央官署的副长官。郭守敬升任都水少监时期，中都日益成为蒙古汗国的政治中心。但从华北平原利用天然水道和运河只能到达离中都四十多里的通州（今北京市通县），从通州到中都原先虽有一条运河，但因所引水源太小，流量有限，无法通航，有时甚至河水干枯，因此通州和中都两地间只能依靠陆路运输。郭守敬提出改引卢沟河之水为运河水源的方案，为防河水暴涨，还提出了开凿减弱水势的减水口的补充建议。经忽必烈批准，此计划得以实施。但在至元三年（1266）完工后，并未完全解决水路运输问题，主要原因是卢沟河挟带泥沙太多，运河上不能加设可调节流量却会阻碍泥沙冲走的水闸，同时由于引水后水流湍急，巨大的粮船无法逆流而上。但它对两岸农田的灌溉则起了很大的作用。
至元八年（1271），忽必烈建国号大元，中国历史上的元朝便从这一年正式开始起算。翌年，忽必烈将中都改称大都，成为元朝的统治中心。郭守敬于至元八年升任为都水监，即掌管全国治水的中央官署的正职长官。至元十三年（1276），忽必烈将治水部门并入工部（掌管各种工程、水利等事务的中央官署），郭守敬被封为工部里的高级官员工部郎中，仍分管河工水利事务。郭守敬在任都水监和工部郎中任内，做了大量工作，勘察和治理过的河、渠、泊、堰以数百计，他还奉命沿着黄河和黄河故道测量地形，掌握了黄河以北纵横数百里地区内地势的起伏变化，并绘出地图，注明情况。
在长期负责河工水利工作中，郭守敬逐渐形成了地形相对高度的概念。元代齐履谦著的郭守敬传记《知太史院事郭公行状》中说，郭守敬“又尝以海面较京师至汴梁（今河南省开封市）地形高下之差”，即尝试拿海平面作标准来比较大都到汴梁不同地方的地势高低之差，这是当今地理学中“海拔”概念的最早应用，也是他长期水利工作中的一项创造性成就。这一概念的提出远比西方为早。
研制天文仪器
在金朝灭亡之后的三四十年中，南宋王朝与蒙古汗国处于南北对峙的局面。但南宋王朝腐败没落，军力衰弱，而忽必烈在一些汉族士大夫的谋划下，治国有方，军事强盛。至元十二年（1275），忽必烈发兵攻打南宋王朝，军事行动节节胜利，大军直逼宋都临安（今杭州市）。翌年，南宋恭宗赵投降。这以后，虽然宋室在文天祥、陆秀夫等人领导下，相继拥立赵正曰、赵奋力抵抗了三年多，但大势已去。至元十六年（1279），南宋王朝完全覆灭，元朝政权一统全国的局面形成。
中国历代封建王朝都把制定和颁布历法视为皇权的象征，忽必烈和他的谋臣们当然也这样认为，再加当时旧有历法错误甚多，的确也迫切需要一部准确的新历。至元十三年（1276），元军一占领临安，忽必烈就下令成立专门机构太史局（掌管天文、历法的中央官署），筹划编订新历。此事起初由王恂具体负责，不久忽必烈又同意王恂等人的建议，把郭守敬从工部调到太史局来，负责仪器制造和天文观测工作。两年后太史局扩大为太史院，张文谦任该院最高领导人太史院事，王恂为太史令，郭守敬为同知太史院事。太史院还集中了全国许多天文学者和历法工作人员。
郭守敬上书说：“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。”这就是说，制订历法的根本在于实际观测，而观测得先准备好适用的天文仪器。这种在实测的基础上编订新历法的原则得到太史院同仁的认同和元世祖忽必烈的批准。
郭守敬不光是制造传统的天文仪器，而且大胆革新，研制出许多前人所没有的、测量精度更高的新仪器。他首先对传统的圭表进行改革。圭表诞生很早，相传西周初（公元前11世纪）周公就已使用过圭表。它由直立的表和被称为圭的正南北方向水平放置的尺组成。正午时，太阳将表的顶端投影在圭面上，夏至时表影最短，冬至时表影最长，通过长时间的实测可以定出一回归年的长度。同样是在夏至或冬至，圭表在南方或北方所处的地理位置不同，影长也不同。历代的圭表其表的高度一般均取为8尺，但郭守敬却建造了高4丈的巨型圭表，因此称为高表。表加高到4丈后，圭长也相应增至128尺（指专门测量表影长短的影表尺，1尺等于24.525厘米），圭面周围有水槽，以便注水检验圭面安装是否水平。高表中的表系铜制品，原长5丈，入地深1丈4尺，在圭面上露出3丈6尺，表顶东西两端支撑起一道横梁，横梁至表顶4尺，这样横梁到圭面的高度差正好为4丈。横梁两端可系铅垂线，以检验表是否与圭面相垂直。设置高表的目的是为提高测量日影长度的精度，但表加到如此之高之后，表的影子就会模糊不清。为解决这一问题，郭守敬发明了一种叫景符的装置，它是一个宽2寸、长4寸的中间有一小孔的铜叶，北高南低地放在一个架子上，并随同架子在圭面上来回移动，利用小孔成像的原理，可在圭面上清晰地呈现出太阳和4丈高表的横梁的像，当梁影正好平分太阳像时，即可由此位置正确地读出日影长度。
为了测量星星和月亮的视位置，郭守敬又为高表设计了一种叫窥几的附属仪器，它是一张桌面开有长缝的长方桌，桌子长6尺、宽2尺、高4尺。将窥几顺着南北方向放在圭面上，人在窥几之下观测。窥几几面的狭缝中有两根界尺，叫窥限，观测时，使两窥限分别与天体及横梁上下边缘成一直线，然后取两窥限的中值，由此可算出天体在圭面上的“影长”，从而求出该天体的地平高度。
中国古代，测量天体在天穹上视位置的常用仪器是浑仪。它是在支柱上面，安装多组互相垂直的圆环，圆环上还有刻度。这多组圆环有的在最外层固定不动，有的位于较内层，可以绕中心转动。这些圆环彼此交结成一个浑圆的球，故称浑仪。在浑仪的中央，设有观测天体的窥管，它可以自由地转动，指向天穹上任何位置的天体，然后再从多组圆环上读出天体的几种不同的量度坐标。这似乎相当方便，但浑仪由于有多组圆环，一重套一重，这样不仅容易发生涩滞难运的现象，而且用窥管观测某天体时，常会被某一圆环所遮挡，从而对观测带来了许多不便。针对这一缺点，郭守敬对浑仪作了根本的改革，创造了著名的简仪。
郭守敬摒弃了把几种不同坐标的圆环集中在一起的做法，废除了浑仪中设有的黄道坐标环组，而且把浑仪中的赤道坐标环组和地平坐标环组分解成两个独立的部分——赤道装置部分和地平装置部分。前者由北高南低的两个支架支撑极轴，极轴的南端内外套叠着固定的百刻环和游旋的赤道环，南北两极之间夹着四游双环，四游双环中装有窥衡，与浑仪中窥管不同的是，它是依靠窥衡前后横向突出物上的两个圆孔来瞄准天体的。窥衡对准天体后，从四游双环以及百刻环和赤道环的相对位置上可以读出天体的赤道坐标。地平装置部分由安放在下部的固定的地平环以及可绕铅垂线旋转的立运环组成，立运环中间夹有窥衡，窥衡瞄准天体后，从地平环和立运环上可以读出天体的地平坐标。
简仪中的赤道装置部分，与现代天文望远镜中的赤道式装置原理完全一样。所以，英国著名科学史家李约瑟在评价简仪时说：“对于现代望远镜广泛使用的赤道装置来说，郭守敬的做法实在是很早的先驱。”
郭守敬所制的简仪未能保存至今，但明代仿制的一台简仪如今还存放在南京紫金山天文台。
郭守敬还研制了仰仪。与简仪一样，它也是郭守敬首创的一种仪器，其形状好像一口平放的大锅，“锅”的直径达12尺，高为6尺。“锅”口有水槽，注水后便可校正仪器置放是否水平。在“锅”的南部放置东西向和南北向的竿子各一根，南北向的竿延伸到半球中心，称缩竿，它可以在南北方向上稍作伸缩，以便使竿顶连着的玑板中的小圆孔精确地位于半球中心，玑板还可以绕南北向和东西向转动。东西向的杆称衡竿，它的作用只是用来架住南北向的杆。在仰仪的内半球上，刻有赤道坐标网，不过这个坐标网和实际的天球坐标网东西、南北、上下正好颠倒。转动玑板，使它正好正对太阳，太阳光通过玑板中心的小孔在仰仪的内半球上成像，从坐标网上即可读出太阳在天穹上的视位置。日食时，针孔还可以把太阳像投影在“锅”内，据此可以确定日偏食的食分、日食发生和结束的时刻。
郭守敬研制的天文仪器，除上面已介绍的高表、景符、窥几、简仪、仰仪5种外，还有候极仪、浑天象、玲珑仪、立运仪、证理仪、日月食仪、星晷定时仪等7种，以及专供野外观测用的正方案、丸表、悬正仪、座正仪等4种。在此不作一一介绍。总的说来，郭守敬研制的各种天文仪器都具有精确、灵巧、简便等优点，无怪乎明代初年修成的《元史》中，称誉郭守敬研制的仪器“皆臻于精妙，卓见绝识，盖有古人所未及者。”
举世闻名的“四海测验”
如上文所述，为开展精确的天文实测工作，编制出一部高质量的历法，郭守敬创制了大量的天文仪器。但这并不是说，郭守敬是在这些新仪器问世后才开始进行天文观测的。实际上在至元十三年（1276），郭守敬刚从工部调到太史局，他就开始用旧圭表测定每日中午的圭影长度，以便推算当年的冬至时刻。这以后，郭守敬的天文实测工作一直没有间断，他始终坚持一面使用旧仪器从事天文实测工作，一面又研制新仪器。至元十五年（1278），新天文仪器的研制工作已接近完成，王恂和郭守敬向忽必烈建议：“建司天台于大都。仪象、圭表皆铜为之，宜增铜表高四十尺，则影长而真。”忽必烈采纳了他们的意见，拨款建造大都司天台，并装备仪器，充实人员，使它成为当时世界上最有名的天文台之一。
至元十六年（1279），新天文仪器的研制工作基本就绪，忽必烈又召见了郭守敬。郭守敬献上了所研制的一些仪表的样品，并当场加以试验、讲解，忽必烈大为欣赏。郭守敬乘机向他提出扩大天文观测范围的建议。郭守敬认为，唐朝一行于开元年间令南宫说天下测影，在全国选择了13个观测点。而元朝的疆域比唐朝还要大，所以天文观测范围也应进一步扩大。只有通过大规模的天文实测工作，积累足够的资料，才能编制出精确的历法。忽必烈采纳了郭守敬的意见。于是，在忽必烈的支持下，郭守敬在全国选定了27个观测点，其中最南的南海纬度仅15度，而最北的北海纬度高达65度，在这些观测点上开展了大规模的天文测量，测量每一地方的北极出地高度（相当于当地的纬度）、夏至日圭表的表影长度、夏至日昼夜的长短等。这就是郭守敬举世闻名的“四海测验”。
在郭守敬进行的“四海测验”工作中，有两件事是要特别加以强调的，一是在阳城（今河南省登封县告成镇）的天文测量工作，二是在大都司天台的天文测量工作。
阳城自古以来被人们称为“地中”（大地的中央），历代天文学家都很重视在那里开展天文观测。唐朝一行主持的大规模天文观测所得的数据，主要是取阳城的数据为标准进行比较和归算的，所以郭守敬也特别重视这个观测点。别的许多观测点由他派人前往观测，而这一观测点则是他亲自前往开展观测的，而且在那里建造了永久性的建筑，这就是著名的元观星台。该观星台有一巨大的石圭自南向北延伸，其影表尺长度正好是128尺。因此这座建筑物实际上就是一个特殊的高表。4丈高的表很可能建造时就省去了，因为此建筑物略低于左右两窗的中部可以横向搁置一根梁，它离圭面的高度正好是4丈，它可以起高表中的横梁的作用，配合景符同样可以在圭面上投影出被横梁平分的日影。该建筑物北面的左右两侧有踏道盘旋而上，直至顶部宽阔的平台，在那里可以安置仪器开展天文观测，如观测测量北极星的测地高度等。
在大都司天台的天文测量工作，郭守敬当然更为重视。该台是郭守敬列出的“四海测验”中27个观测点中的一个，与其他观测点一样的常规天文测量工作当然是必须进行的。除此之外，郭守敬还主持开展了三项重要的测量工作，一项是测量二十八宿距星的位置，所谓距星是二十八宿中每宿选定的一颗定位用的标准星，对它们的位置的精确测定是测量其他恒星坐标的基础。第二项是郭守敬在测得二十八宿距星位置的基础上，又测量了数以千计的肉眼可见恒星的坐标，并编成星表呈报忽必烈，可惜由于该星表已失传，其详细情况我们已不得而知了。在大都司天台，郭守敬开展的第三项重要的测量工作就是测量“黄赤道内外极度”，即黄道与赤道间的交角，如果我们把以观测者为中心、天穹半径视为极其巨大的假想球称为天球，那么赤道就是地球赤道面向外扩展与天球相交的大圆，而黄道则是太阳一年中在天球上众恒星间穿行所绘出的大圆，两者间的交角便是黄赤交角。郭守敬当时已发现此角逐年有微小的变化，而且此角测定的精确与否会影响到编历工作中的其他结果，特别对日月食预报的正确性颇有影响，所以他主持对此交角进行了长期的实测，最后获得了相当精确的结果。
授时历诞生
创制新天文仪器、建立上都司天台以及进行“四海测验”，需要投入大量的人力和财力。忽必烈做出如此巨大的投入，其最终目的，就是要求编出一部精确的历法供他颁行全国，以显示他所开创的元朝帝业的稳定和繁荣。编历工作具体负责是王恂和郭守敬两人，王恂擅长数学，故侧重于负责历法推算；郭守敬则主要负责研制新仪器和天象的观测和历法基本数据的校验。制历工作还有两位很重要的顾问，一位是已告老还乡的许衡，一位是后来邀请来的深明历理的杨恭懿。此外还调集了原先在南宋王朝从事天文历法工作的官员和民间通晓天文历数的人士，组成了一个强有力的班子。这个班子首先认真“遍考自汉以来历书四十余家”，总结以往的历法，接着又以新创制的仪器进行天象实测，重新测定新历法的各种基本参数，然后在此基础上编制出新历，此历取《尚书尧典》中的“敬授民时”一语，将它定名为《授时历》。至元十七年（1280）十一月二十六日甲子日，忽必烈下诏正式颁布《授时历》，并规定从至元十八年（1281）正月一日起在全国实行。
《授时历》是在大量天文实测工作基础上制定出来的，它废除了以往历法中一些繁琐的运算方法，还创造性地采用一些新的数学运算来完成一些复杂的计算，因此该历法十分精确。例如它所取的回归年长度为365.2425日，此值与格里历（即现行公历）所采用的回归年长度值相同，但却比格里历的颁布（1528年）整整早了300年。
《授时历》的正确性也可从另一方面看出。该历从元初到元末共行用了88年。明朝洪武元年（1368）改颁《大统历》，但一切天文数据和推算方法都沿袭《授时历》，实际上是《授时历》的继续施行，其原因是明初的历算家们认为它当时还相当正确，无法作出改进，因此只有改头换面、换个名字来应付明太祖朱元璋。在整个明代，《大统历》的实行未发现明显的失误，足见《授时历》编订时精度之高。如果把《授时历》和《大统历》看成一种历法，《授时历》从元初到明末，共行用了363年之久，是我国历史上实行最长的历法。
在《授时历》颁行之年，该历法的初稿虽已完成，但许多工作还有待继续进行下去。然而人事倥偬，发生了许多变化：年已70多岁的许衡辛勤工作了4年，生起病来了，退休回家乡了；杨恭懿本来就不想做官，也告辞返归故里，此后再也不肯出仕；王恂因家父亡故回原籍守丧，不幸因哀伤过度竟在47岁英年早逝。于是剩下的大量工作就全落到郭守敬的身上。郭守敬整理资料、总结经验，编写成书，四五年中共写就有关《授时历》的专著10多种，计约100卷之多。至元二十三年（1286），郭守敬被任命为太史令，时年他已56岁，他将编纂好的各种著作一一进呈忽必烈。但由于元代三令五申，禁止民间私习天文和历法，私习者甚至收藏有关图书者均要被判罪。因此这些书稿根本不可能出版，而由皇家专门收藏，后来在封建社会频繁的战乱中变得踪影全无。其中只有绝少部分因被收入《元史》、《历志》等书中而得以保存下来，此外只有从明代的《大统历》来了解《授时历》的基本面貌了。
灯漏与治水
忽必烈在他登上元朝开国皇帝的前期，采取了不少措施发展经济，治国有方，显得生机勃勃。但到了后期，任用酷吏执掌朝廷大权，专事横征暴敛，搞得民不聊生，其统治就逐渐走下坡路了。在这种情况下，郭守敬所领导的太史院当然也难有大作为，只是奉行逐年编出民用历书和完成日常观测的例行公事而已。
在忽必烈在位的晚期，郭守敬做的一项重要工作是研制了“七宝灯漏”。它实际上是一架原动力为水力的较精密的机械时钟，由于它十分精致，而且又比欧洲第一台机械时钟早一个世纪诞生，因而在科学史上有一定地位。七宝灯漏总体的高度为一丈七尺，其主体是一个大灯球，分成四层运转不息。最高的一层四方环绕着代表日、月、参宿、心宿的所谓“四神”，它们每天自东向西转动一周，以表示天体在作周日运动；第二层四周刻有每日一百刻的度数，又团团排列着代表十二时辰的“十二神”，每神手中各执一块不同的时辰牌，按时轮流出现在正门处，以报告时辰，另外还有一木人立在门口，一直用手指明着刻数，这样由这一层的指示物，何时何刻一看便知；第三层按东、北、西、南方向依次布置苍龙、龟蛇、白虎、朱鸟，即代表二十八宿的四象的造型，它们能按一定时刻跳跃、舞蹈和鸣叫。最下面的一层四角是各执乐器的木人，随各个时辰的不同时段，或鸣钟、或打鼓、或敲锣、或击铙钹。七宝灯漏的动力装置是一组水力机械，用水车注水入水壶，再送到特殊的漏壶中，该漏壶的出水量相当大而且出水稳定，水流冲击枢轮使之运转。枢轮旁装有一整套轮轴装置，利用凸轮机构、齿轮系统和轮轴传动装置最后带动各层不同的物象运动，机械传动装置内还装有控制齿轮运动速度的擒纵器，以使走速均匀、计时准确。七宝灯漏外部点缀着各种珠宝与金银饰物，华丽非凡。郭守敬将这座七宝灯漏献给忽必烈，忽必烈十分高兴，将它置放在皇宫正殿大明殿上，故又称“大明殿灯漏”。
至元中期以后，大都每年消耗的粮食激增，但来自南方的一船船粮食，由水路只能运送到大都东南方40多里的通州，无法直达大都。前文提出，至元三年，郭守敬曾主持完成了引卢沟河为水源的连通大都与通州之间的运河工程，但卢沟河夹带泥沙太多，为不使泥沙沉积，抬高河床，运河上不能建闸坝，水速无法得到减缓，湍急的水流使粮船无法从通州逆流而上到达大都。
至元二十八年（1291），在事先做了充分考察的基础上，郭守敬向忽必烈提出一个新方案，改引大都之北神山脚下白浮泉泉水为水源，先引进上都，蓄入积水潭中，再从积水潭引水南流，进入大都与通州间的运河中，这样可以解决通州与大都间的粮食运输问题。
至元二十九年（1292），忽必烈下令开始这项治水工程，他除让郭守敬任太史令原职外，再兼职主管都水监事务，并总体负责这项工程。治水工程开工那天，忽必烈下令自丞相以下的所有百官都得到工地参加劳动，以示倡导。这项工程从神山到通州全长160多里，于至元三十年（1293）完工，并由忽必烈将它命名为通惠河，从此通州与大都间的水路运输问题终于得到了解决。
在这项工程中，郭守敬再次显示出他的聪明才智。其一，从神山引白浮泉到大都，是沿一条先向西、再向南然后再向东的一条弧形线行进的，在这条路线上地形大体上从海拔60米到40多米逐渐下降的，如果从白浮泉直接向南奔大都，中途有海拔低于40米的河谷地带，水位下降了再上升就困难了，这说明郭守敬对这一带的地形和海拔高度有相当深入的研究。其二，从大都到通州，海拔下降了约20米，但由于这次引的是白浮泉，清澈见底，没有什么泥沙，所以可以建闸坝来缓和水势，不会因泥沙淤积而抬高河床。由于水势较缓，大粮船也就可以航行了。其三，为减缓水势，郭守敬在整段通惠河上设置了20多处闸坝，闸坝上有闸门，距闸门不太远处又加设斗门，闸坝和斗门上都有放船进出的通道口，口上装有能上下升降的启闭设施。一启一闭，两相配合，调整中间部分水位，便可放行船只。
由于郭守敬在天文历法和河工水利上的巨大业绩，至元三十一年（1294），忽必烈升任他为昭文馆大学士，这是元代带荣誉性的级别较高的虚衔，他的实际官职是知太史院事，主管太史院的天文历法工作。同年晚些时候，年已80高龄的忽必烈驾崩，其孙铁穆耳继位，为元成宗。
在元成宗继位那年，郭守敬已65岁。此后他又在元武宗和元仁宗执政下为官。在他暮年的20多年中，皇室挥霍无度，国库空虚，再也没有多少财力投入到天文工作和水利建设中，再加他年事已高，精力已衰，但皇帝又不准他退休，所以他只能安于其望重而位尊的生活，难有多少作为了。元仁宗延佑三年（1316），郭守敬去世，归葬于其家乡邢台。
郭守敬毕生重视实践，在实践中他既善于吸取前人的经验和长处，同时又不墨守成规，而是敢于创新、善于创新。这是郭守敬一生取得如此卓越成就的最重要的原因。
明末来华的德国传教士汤若望曾推崇郭守敬是“中国的第谷”。郭守敬和第谷都是卓越的天文仪器制造专家和观测天文学大师，他们的天文观测精度都已接近甚至达到使用古代天文仪器所能获得的极限精度。第谷提出了第谷宇宙体系，而郭守敬则编制了当时世界上最精确的历法——《授时历》；第谷同时是星占家，而郭守敬则兼有比星占更实在得多的专长，他是著名的治水专家。对比之下，郭守敬确实不比第谷有什么逊色之处。然而，郭守敬比第谷要早三百多年。因此，有人认为，也许应该把第谷誉为“欧洲的郭守敬”更恰当些。
为纪念郭守敬的卓越贡献，月球背面一座位置为〔134°W，8°N〕的环形山被命名为郭守敬环形山，编号2012的小行星也用郭守敬的名字命名。
伟大的博物医学家李时珍
我们的祖国是一个伟大的文明古国。在古代，一直到19世纪以前，我国的科学文化，都是居于世界最前列的。
就医学而言，我国医药学已经有数千年的历史了，而且内容十分丰富。在近代西医还没有发展起来以前，中医是具有世界先进水平的。它向外传播，在世界上有着十分重大的影响。许多东方国家像朝鲜、日本、越南、东南亚各国的古代医学，都明显地受到中医的影响。
在古代中医发展的过程中，出现过许许多多有名的、杰出的医学家，有的具有世界性的影响。
由于中医的理论体系独特，其他国家的文化与我国有很大差别，不易为外国人所理解。惟独中药学这门学问，其所研究的对象是自然界的动物、植物和矿物，其内容很容易为人们所接受。古代的中药学叫做本草学，研究的是自然界的各种事物，所以又称为博物学。
我国古代的博物学是世界闻名的。其中，明代的本草学家李时珍及其代表作《本草纲目》为世界科学界所推崇。英国的科技史学家李约瑟和鲁桂珍博士称李时珍为世界上“伟大的博物学家”，是博物学界的“无冕之王”；生物进化论奠基人达尔文曾引用李时珍著作的内容，并把它列入“古代中国百科全书”。李时珍被世界科学界认为是可以与哥白尼、伽利略等并列为科学界的伟人。
志在从医
李时珍是蕲州人，就是现在湖北省的蕲春县人。
他的父亲叫李言闻，又名李月池，是一名远近闻名的医生，家中常有不少病人来求诊。李言闻在平时常上山采药，李时珍小时候也经常跟随父亲去采药，抓蚂蚱、蝴蝶，玩玩花草。
李言闻也很有学问，他不但收藏许多医药方面的书，还收集一些古代的经书。不仅如此，他自己还有著述，他的著作有《艾叶传》、《人参传》、《四诊发明》等等。
生活在这样一个环境中，李时珍从小就受到医药的熏陶。他同情那些被病魔折磨的患者，喜欢那些芬香的药草味，对做一个医生十分向往。当他看到患者经他父亲调治痊愈以后，自己心中有说不出的欣慰和羡慕。他渴望自己将来也能做一个济世救人的医生。
可是，李言闻却不这么想。他盼望李时珍能步入官场，为自己的家庭争得荣誉，所以从小就督促李时珍读书。儒家的“四书”、“五经”是必读的，有些还要求背诵烂熟。当时社会上实行的是科举制度，就是通过考试，选择其中统治阶级认为优秀的人去做官。
尽管李时珍的志趣不在官场，而是在医药这门学问上，但他当时还很小，只是个刚刚懂事的孩子，他还不敢与父亲的命令拗抗，硬着头皮读下儒家那些经典著作。他天资聪颖，虽觉乏味，却也都记了下来，并且能灵活运用。
13岁那年，父亲带他到黄州参加考试，果然一试命中，得了个“秀才”。父亲十分高兴，更加起劲地督促他深入读书。可是李时珍却愈觉厌烦，也无心再深造了。他16～19岁曾两次到武昌参加中级水平的考试，都失败了。
就在这个时候，李时珍也得了骨蒸劳热病，发烧、咳嗽不止，人也日渐消瘦。他苦苦哀求父亲，不要再迫他读那些枯燥的八股文了，他愿做一名继承父业的医生。
父亲看到这般情景，也不忍心再迫逼他，只好答应他的要求。他一方面用自己高超的医术，亲自为儿子调理，一面安慰他。李时珍心情也逐渐开朗起来，不多久，病也痊愈了。
经过这一番曲折的经历，李时珍开始步入医药职业的行列了。
读书、实践与著书
自从得到父亲的谅解和同意之后，李时珍的心情就一天天好起来。他不喜欢四书五经，并不是不爱读书，而主要是那时候的读书目的不明确，觉得没有“奔头”。
现在，为了当一名为病人解除疾苦的医生，他拼命的读起书来了。他不但复习了以前读过的四书、五经，还广泛涉猎其他能看到的书，其中包括小说、稀奇古怪的故事、寓言等等。与此同时，他也开始脱离只是帮父亲抄抄方子的阶段，而进入独立处理病人的阶段。每当他有不够了解或无法解决的难题时，他才去向父亲讨教。每当他自己治好一个病人时，他心中那种宽慰的心情，就更无法形容了。
不过，随着时间的推移，李时珍的兴趣开始发生了变化。小时候因与父亲上山采药，所以对大自然的一草一木，一山一水，一虫一兽，他都感兴趣。但他对治疗病人所用的药物，比对疾病的兴趣更浓一些。为了满足自己这方面的兴趣和志愿，李时珍开始阅读古代那些专门论述自然界各种事物的书籍，像《山海经》、《尔雅》等，都是他阅读的重点。有些专门论述自然界花草虫兽的书，像《竹谱》、《香谱》、《菊谱》、《兽经》、《龟论》等等，以至于历史书、地方志、小说、炼丹书、药方书、笔记、传记、博物志……他都感兴趣。换句话说，只要他能看到的书，他就要拿来看。他还边看，边摘录，边做笔记和写心得。
就这样，他在家中关门读书达十年之久，据说连大门也不出。他十年内读书多达800种。这个数字现在看来不算太多，但在四五百年前的明代，是一个很了不起的数字。他在27岁那年，还以医术高明，被推荐入朝，在北京当上了太医。这对他自己来说，倒不是什么值得引以为自豪的事，但他自己倒觉得这是读书的好机会。这是因为，在当时那种条件下，有许多宝贵的好书，在民间根本看不到，只有在朝廷的藏书处才能看到。李时珍正是利用这个机会，收集到许多十分宝贵的医药资料的。
李时珍知道，书本上的知识是前人的亲身经历所记载下来的十分宝贵的资料，但他自己也觉得这些资料可能会存在不少不正确、甚至是错误的东西。例如，梁代陶弘景的《本草经集注》“亦多谬误”，唐代的《新修本草》“亦多驳误”，而宋代唐慎微著的《证类本草》也常常“草木不分，虫鱼互混”。他还举出一些例子，如他指出书中把“萎蕤”和“女萎”混为一种药物，其实前者是草本，后者却是藤本植物；而前者是补益性的药，后者却是排浓、消肿的解毒药。更为严重的是把有毒的钩吻误当成能补益身体的黄精。这些都是严重的错误。
李时珍深深知道，医药是人命关天的大事，如稍一不慎，用错了药，那就会是害人而不是救人，这种事是医生所绝对不许可出现的。神圣的责任感，促使李时珍立下志愿，要重修一本新的本草书，也就是中药学著作。
在李时珍以前，历代的本草学著作，重要的就有四五十种。他为了超过前人，除深入钻研前人的本草书和参考其他各类著作以外，还重视实践，用亲身经历的第一手资料来补充前人的不足，纠正前人的错误，发挥自己的新知。
在广泛阅读前人著作的基础上，他决定到自然界去，做实地调查，亲自实践。他除了在自己家乡各地巡游学习、为人治病以外，还不辞辛苦，跋涉万里，足迹踏遍几乎大半个中国，包括河北、江苏、湖南、安徽、河南等地。通过实地考察，获得了可贵的第一手资料，这就大大增加了写作的科学性。
李时珍就是这样，前后用了近30年的时间，读书、实践、实地考察，最后投入著作。他把自己的著作取名《本草纲目》，全书52卷，190万字左右，书中共收药1892种，其中374种是前人没有提到过，由他新增加入本草书的。书中还绘有药物图1000多幅，治病验方10000多个。
由于书的篇幅过大，刊刻出版困难，直到他去世以后3年才得以出版。
实事求是的科学精神
为了研究每一种药物的效用，使读者能得到正确的知识，并在临床时准确地应用这些药，李时珍除了大量查阅前人已取得的成就并加以利用外，他还对自己认为尚未研究清楚，或还存在疑问的地方，都认真负责地进行调查、研究、分析，最后才得出应有的结论。
为了证实鱼类有发声的功能，他特地到海边向渔夫请教学习，终于获得了这方面的知识：渔人们总是认真倾听水中的声音，如果声音如雷声轰隆隆，这就是石首鱼群来了；如果水中发出轧轧声，那是黄颡鱼群的声音。
为了证实猎人捕蛇的方法，并看看白花蛇身上的花纹的结构，他特地去拜访猎人，并与猎人一同去捕蛇。他看到猎人在石南藤下面铺上沙堆，等白花蛇爬过来盘在沙堆上，便用叉子把蛇捕住。他亲自把蛇翻来覆去地看了一遍，证实这种蛇身上的确有24块方格的花纹。
古代有一本书叫《诗经》，在描写一种细腰蜂的生活时，写下这样的诗句：“螟蛉有子，蜾蠃负之，教诲尔子，式壳殳似之。”这首诗说的是一种细腰蜂（蜾蠃），又叫做，自己不会繁殖后代，它总是到螟蛉这种昆虫的窠里，把螟蛉子衔到自己的巢里，并且会念念有词，不久就把螟蛉都变成自己的后代，变成小蜂，用这种方式来繁殖后代的。
这段诗经故事，历代有许多争论：一种意见认为《诗经》所说的就是事实；另一种认为这是错误的，螟蛉不可能变成细腰蜂。在历代本草学家中，也有这两种意见在争论。梁代的陶弘景主张后一种意见，而宋代的苏颂则是前一派的拥护者。做为一个本草学家，如何解决这个争端，证实和判断哪一种意见是对的，李时珍采取认真的态度，亲自到细腰蜂的蜂巢里去解剖，打开蜂巢。他发现：在蜂巢里，有很小的小蜂，它们把螟蛉虫咬住、撕碎，并且把虫子咽下去。原来，它们是在吃虫子，把虫子作为自己的粮食。李时珍说：我“屡破其房”，也就是不止一次地破开蜂房，来证实细腰蜂自身具有繁殖后代的能力，从而否定了《诗经》的说法。而古代把那些自己没有孩子的人，向别人要个孩子抚养的义子，称为“螟蛉子”的说法，当然也是基于错误的认识的。
为了证实铅对人体是有毒的，李时珍曾亲自到铅矿井，与工人一起下井采矿。他还看到采矿工下井以前，总是先吃许多肥肉、狗肉，并喝一些酒，然后才下井去采矿。矿工说：如果空着肚子下井，必然会中铅气的毒，日久就浑身瘫痪，面色发黄，贫血而死亡。李时珍把亲自见到的情况记了下来。
像这样的记载，《本草纲目》多不胜数。过去好多本草学家都没有这样认真负责的精神，所以不是记得不确切，就是缺乏记载。李时珍在这方面大大超过了前代的本草学家。他记载了矿工常发生汞中毒，煤矿工人发生煤气中毒的症状都十分确切，这些在我国是最早的记载。
然而，一部载药1892种的大部头的本草书，一个人是不可能样样都亲自去实践和试验其功效的，更何况其中还有不少是域外、异国的物产，更无法去一一检验。对于这类问题，李时珍只好如实地加以记录，并提出个人的见解和建议。
如有一种药叫麻勃，古书上说凡患疔疮的人忌见到这种麻勃，如见了就会死去。李时珍对此表示怀疑。他说，不知为什么这种病人不能见麻勃，这是“理不可晓”。
古书上记载两种植物，一种叫白龙须，一种叫万缠草。这究竟是些什么东西，李时珍自己根本弄不清，他知道这是古人有时故意给植物起的暗语，所以他说：“二树名皆隐语，无从考证。”他不敢随便乱猜，不懂装懂。
还有一种奇怪的说法，说金刚石是“鹰隼”把沙子吃进肚子后，然后由粪中排出，在河北的沙碛石间变化而成的；还有一种叫“撒八儿”的东西，是玳瑁这种动物遗精在水中，被蛟鱼所吞食，经过多年才结成的……对这些稀奇古怪的东西，多数都是外国传过来的说法，是无法肯定其真假的，李时珍只好说，这些事“无所征询”，但对它也不敢随随便便就加以否定，只好说“理外之事，容或有之”，也未可知，只好留待以后搞博物学的人进一步证实，再加以肯定或否定了。
李时珍这种实事求是的精神，表现出一个自然科学家所应具备的高贵品质，很值得我们大家学习的。他的著作之所以有很高的科学价值，为人们所推崇，这也是其中的一条理由。
为科学而献身的勇气
从事自然科学研究，需要亲身实践，进行科学研究，才能取得第一手资料。在某些学科，亲身的实践有时是需要冒一定的风险的。例如搞化学试验，有时会起火、爆炸等等，没有牺牲精神和勇气，是不可能取得真知灼见的。
对一个本草学家来说，同样存在这样的问题。
李时珍曾经说过，要取得正确的知识，需要亲自实践，绝不能道听途说。例如有一种药叫蛇床，对男人、妇女都有补益作用，而且是比较普通易得之药，但一般群众不愿用它，而随便听人介绍，舍近求远另用它药。李时珍批评这种做法是“贱目贵耳”，就是只相信别人的话，而不相信自己亲眼所见。又如一种叫的植物，历代对它也有很多说法，他引述了历代所说的、金莲等不同说法，指出古代之所以这样众说纷纭，没有一定说法，是因为他们“惟据纸上猜度而已”，这种主观的猜度根本要不得，也是解决不了问题的。李时珍解决这种纷争的办法，是亲自去实践，“一一采视，颇得其真”，通过对每一种植物的采集，加以比较，才得到真实的结论。他对于那种胡乱猜度、道听途说的做法，痛加批判，认为那种做法，不足以效法，“殊无指归”。
有些药物的作用，需要亲身去实践，如他对鲮鲤（即穿山甲），曾经自己做过解剖，以观察它是否真的是以蚂蚁为食，结果发现这种动物胃中果然是充满了蚂蚁。他就是用这种亲眼所见，亲手所做来加以检验的，所以他的著作具有很高的科学性，道理就在这里。
更为可贵的是李时珍还以自己的身体去检验某些药物的药理作用。这是需要有献身科学的精神才能做得到的。
有一种叫罗勒子的药物，据记载可以把眼睛中的异物移去，其功效究竟如何呢？是真是假，李时珍决定做试验。他先用一个碗，碗中放些水，把罗勒子放在碗中，不多一会儿，罗勒子即吸水膨大，形成一层膜，这就说明了它在眼中也能把眼泪吸收起来，这层膜就会吸住异物，所以它确有这种作用。后来他还用自己的眼睛做了试验，效果的确不错。
李时珍的献身精神还不止此。用药试眼，最多眼睛受病。他还曾试验一种药理作用极剧烈的曼陀罗花。曼陀罗花具有麻醉作用，饮用后有如酒醉，可以用来做麻醉药，开刀做手术，都没有问题。古书上曾经说过，曼陀罗花汤喝下去以后，人就会感到像酒醉一样，不由自主地又笑又闹，手舞足蹈。究竟是不是这样，要喝多少才能达到麻醉的程度呢？当时没有现成的经验可循，只有自己亲身试验，才能知道多少药量合适。麻醉药有一个特点，就是麻醉用量与中毒用量常常相差不多，也许就是一滴之差，多一滴即可使人中毒，而少一滴即有麻醉作用。李时珍深知，这个试验不能在病人身上试验。病人有病，已经很痛苦，身体也弱，不能再经受折腾，他决心自己亲自饮药试验。
他是知道用药的危险性的，但为了把药量药性搞清楚，“不入虎穴，焉得虎子”，他亲自试验了。药量一点一点地加，他自己也以身体的感受来判断用药量，最后，他终于弄清了这种药的用量，要达到“半酣”，也就是半醉的状态，人就会不自觉地手舞足蹈，欢笑而不自主。
李时珍成功了，他用自己的身体，把这种麻醉药的用量弄清楚了。
