沈括的成就。
沈括的科学成就是多方面的。他潜心研究天文学，倡导一种类似于今天阳历的新历法。在物理学方面，他记录了指南针的原理和各种制作方法；磁偏角的存在比欧洲早发现400多年。阐述了凹面镜成像的原理。还研究了共振和其他规律。在数学方面，他创立了“隙积”(二阶等差数列求和法)和“会圆”(已知圆的直径和弓的高度，求弓的弦长和弧长的方法)。在地质学方面，他研究了冲积平原的形成和水的侵蚀，并首次提出了石油的命名。在医学上，关于有效方剂的记载很多，医学著作也很多。此外，他还记录了当时的科学发展和生产技术，如毕升发明的活字印刷术和金属冶炼的方法。沈括是一位科学通才。
沈括传
在中国的北宋，有一位非常博学而卓越的科学家。他就是沈括，中国历史上最杰出的科学家之一。他精通天文、数学、物理、化学、生物、地理、农业和医学；他还是一位杰出的工程师、卓越的战略家、外交家和政治家；同时他学识渊博，擅长写作，精通别人的历法、音乐、医学、占卜等等。晚年撰写的《孟茜笔谈》详细记录了劳动人民在科学技术方面的突出贡献和自己的研究成果，反映了中国古代特别是北宋时期自然科学的辉煌成就。孟茜笔谈不仅是中国古代的学术宝库，而且在世界文化史上也占有重要地位。
沈括出生于浙江钱塘(今浙江杭州)一个官僚家庭。其父沈周在泉州、开封、江宁等地做过地方官。母亲许石是一个受过良好教育的女人。沈括出生于宋仁宗天盛九年(公元1031)。他从小就努力学习。在母亲的指导下，他十四岁就在家里读完了书。后来跟随父亲到了福建泉州、江苏润州(今镇江)、四川建州(今简阳)、中国首都开封。他有机会接触社会，了解当时人民的生活和生产，增长了见识，显示了超人的聪明才智。二十四岁时，他开始了他的仕途。先任海州沭阳县(今江苏省)主簿，后任东海(今江苏省)、宁国(今安徽省)、宛丘(今河南省淮阳县)县令。三十三岁考中，被任命为扬州都督参军，主管刑事审判。三年后，他被推荐到史静的赵文音乐厅编辑和校对书籍。在这里他开始研究天文历法。宋神宗熙宁五年(公元1072)，兼任天象监，负责观测天象和推算历书。接着，沈括担任史馆检讨，熙宁六年(公元1073年)出任集贤书院总管。由于职务上的便利，他有机会阅读更多的皇家书籍，丰富自己的知识。1075年被派往辽国进行边界谈判，次年任翰林学士，被任命为第三司使。
宋神宗熙宁二年(公元1069年)，地主阶级改良派代表人物王安石被任命为宰相，开始了大规模的变法运动。沈括积极参与变法运动，受到王安石的信任和重视。他担任过掌管国家财政的最高官员、三个秘书和许多其他重要职位。熙宁九年(公元1076年)，王安石变法失败。沈括被诬贬为官，改称宣州(今安徽宣城)。三年后，为抵抗西夏，改知兖州(今陕西延安)，任延安路使臣。因镇守边疆有功，元丰五年(公元1082)升为龙图阁学士。然而，他很快就被诬陷，并被贬为周俊(今湖北浚县)的应永副大使。哲宗元二年(公元1087年)，沈括花了12年时间编制了《天下郡县图》，特许在汴京亲自呈上。次年，定居润州(今江苏镇江东郊)孟茜公园，安度晚年。
晚年，沈括认真总结了自己在孟茜公园的生活经历和科学活动，写出了《孟茜笔谈》、《忘志》等著名的科学巨著。宋喆死于宗绍圣二年(公元1095)。他一生著述数十部，但流传至今的只有《长兴集》和《方剂学》等几部综合性文集。《孟茜笔谈》是中国科学史的坐标，是沈括一生社会科学活动的总结。内容极其丰富，包括天文、历法、数学、物理、化学、生物、地理、地质、医学、文学、历史、考古、音乐、艺术等600余篇，其中200篇属于科学技术类，记录了他的许多发明、发现和见解。
沈括的治水
沈括十分重视发展农业生产和兴修水利。早在青年时代，他任沭阳县主计官时，就主持治水工程，组织数万民工，修筑渠堰，不仅解除了当地百姓的洪水威胁，还开垦了7000公顷良田，改变了沭阳的面貌。那时候，他才24岁。任宁国县令时，积极倡导并主持在安徽芜湖修建规模宏大、坚固的万春圩，开辟了1270公顷能泄能灌的良田，确保旱涝丰收。同时，他还著有《圩田五书》、《万春伟书》等圩田著作。
熙宁五年(公元1072年)，沈括主持汴河水利建设。为了治理汴河，沈括亲自丈量汴河下游从开封到泗州淮河的地形，共计840余里。他采用“分层筑堰”的方法，测算出开封与泗州的地形高度差分别为19尺、4尺、8寸、6分。在这种地形测量方法中，将汴河分成许多段，层层垒成阶梯状的堤堰，将水灌入其中，然后逐段测量各段的水面，累计各段之差，求和即为开封与泗州之间的“地势高低之实”。这是世界水利史上的创举。短短四五年间，引水淤地一万七千多公顷，成绩显著。在计算地形高度时，其单位精确到了一寸，可见沈括的学术态度极其认真。
杰出的天文学家
沈括也是一位杰出的天文学家。熙宁五年(公元1072)，在沈括主管汴河建设时，沈括还主管领天监司。他在任期间，先后罢免了6名没有文化的旧历法官员，不分出身，破例推荐了精通天文历法计算、出身平民的准南方人魏普进入天师监司，主持修订新历法的重要工作。沈括和魏普之态度严肃，对旧历官依靠演算的历法修订方法十分不满。他们主张从观测天象入手，把测得的结果作为修订历法的依据。因此，沈括首先对浑仪、浮漏、影表等旧的天文观测仪器进行了研究和改造。
浑仪是测量天体方位的仪器。经过历代的发展演变，到了宋代，浑仪的结构已经变得非常复杂，三圈，盘根错节，使用不便。为此，沈括对浑天仪进行了多次改革。一方面，他取消了小白环，简化了仪器和分工，然后用数学工具把它们之间的关系联系起来(“省了月亮环，月亮和月亮的区别只是基于历法的一步”)；另一方面，建议改变一些环的位置，使它们不阻挡观察视线。沈括的这些改革措施为乐器的发展开辟了一条新的道路。后来在至元十三年(公元1276)，元朝的郭守敬创造了一种新的天文仪器——简仪，就是在此基础上产生的。
漏壶是古代测量时间的仪器。它是由几个盛水的容器以台阶的形式组成，每个容器的下侧都有孔，依次从下一个容器滴漏。底部容器没有洞，里面有刻着时间刻度的“箭头”。随着滴水水位的上升，“箭头”慢慢浮起，从露出的刻度上可以读出时间。沈括也改革了破釜酒吧。他把曲桶的铜漏管改成了直颈玉嘴，移到了壶身的下部。这样流水更流畅，壶嘴也结实很多，更耐用。
此外，沈括还制定了测量太阳阴影的标准，改进了测量阴影的方法。
沈括在《论浑仪》、《论浮漏》、《论风景》三篇论文中介绍了自己的研究成果，详细阐述了仪器改造的原理，阐述了自己的天文观点，在我国天文学史上具有重要的地位。
沈括和魏普的一系列创新活动遭到保守势力的攻击和诬陷。在沈括和魏普的坚决斗争下，魏普主持修订的《丰源历》终于在熙宁八年(公元1075年)完成并颁布。但由于保守势力的阻挠和破坏，相对先进的丰源历只实行了18年就被废除了。但沈括并没有因此而灰心，在晚年进一步提出了用“十二齐历”代替原始历法的主张。我国最初的历法都是以阴阳合璧为基础的，但“十二气历”是纯阳历。以十二气为一年，分为四季，每个季节又分为孟、中、吉三个月，月份根据节气确定。立春之日算1月1日，惊蛰之日算2月1日，以此类推。大月亮三十一天，小月亮三十天。大月亮和小月亮交替出现。即使有“两个小月亮合二为一”的情况，也只是一年一次。如果有“两小相加”，一年有三百六十五天；不，一年有366天。这样一年中的日子都很整齐，不需要设立闰月，四季都是固定日期。至于月亮的盈亏，与寒气来来去去的季节无关，只要你在历书上注明“新月”和“希望”就可以了。沈括设计的这种历法比较科学，既符合天体实际，又有利于农业活动的安排。他预见到自己的想法会受到顽固的守旧派的攻击和责骂，他竭力阻挠，但他坚信“不同的时代会对说话的人有用。”果然，近800年后，伟大的农民革命政权——太平天国颁布的历法基本原理与沈括的《十二齐历》完全一致。世界各国采用的公历，也就是阳历，在月份上其实不如沈括的“十二年历”合理。
物理学家+化学家+数学家
沈括在物理研究方面的成就也是极其丰富和珍贵的。《孟茜笔谈》中记载的见解和成就涉及力学、光学、磁学、声学等领域。特别是他在磁学研究方面取得了突出的成就。沈括在《孟茜笔谈》中首次明确谈到磁针的偏转角。在光学方面，沈括通过亲身观察实验，对针孔成像、凹面镜成像、凹凸镜的放大缩小功能等做了通俗生动的阐述。他还对中国古代流传下来的所谓“透光镜”(一种能看到背面正面图案的铜镜)的透光原因做了一些科学解释，促进了后来对“透光镜”的研究。此外，沈括还在钢琴上做实验，研究声学共振现象。
在化学方面，沈括也取得了一些成绩。任兖州时，曾考察研究鲁彦的石油储量和用途。利用油不容易完全燃烧产生炭黑的特点，他首创了用石油炭黑代替松木炭黑制作香烟油墨的工艺。他已经注意到石油资源丰富，“生于无穷”，预言“这东西绝不会用在世界上”，这在今天得到了验证。另外,“石油”这个名称最早是在《神括》中使用的，比以前的石漆、石脂水、猛火油、煤油、石脑油、石烛等名称要贴切得多。在孟茜碧潭“太阴玄晶”(石膏晶体)的记载中，沈括从形态、潮解、解理、加热脱水等方面区分了几种晶体，指出它们虽然同名，但不是一个东西。他还讲了金属转化的例子，比如用硫酸铜溶液把铁变成铜的物理现象。他描述的这些鉴别物质的手段，说明当时人们对物质的研究已经突破了简单的表面现象的观察，开始探索物质的内部结构。
沈括在数学方面也有出色的研究。从实际计算需要出发，他创立了“间隙积技术”和“收敛技术”。沈括提出了一种通过研究有缺口的酒坛和棋子的体积来求酒坛和棋子的总堆数的正确方法，即“缺口积法”，即二阶等差数列求和法。沈括的研究发展了《九章算术》以来的等差数列问题，开辟了我国古代数学史中高阶等差数列的研究方向。此外，沈括还从场的计算出发，研究了圆弓中圆弧、弦和向量之间的关系，提出了我国数学史上第一个比较简单实用的由弦和向量的长度计算弧长的近似公式，称为“会圆之术”。这种方法的建立不仅促进了平面几何的发展，而且在天文计算中发挥了重要作用，为我国球学的发展做出了重要贡献。
地理学家+医学家
沈括在地学方面也有许多杰出的结论，反映了中国的地学达到了当时的先进水平。他正确地论述了华北平原形成的原因:根据河北省太行山峭壁间蜗牛壳和椭圆形砾石的带状分布，推断这一带在古代是海滨，华北平原是由黄河、漳水、滹沱河、桑干河等河流携带泥沙沉积而成。他在浙东考察时，观察了雁荡山山峰的地貌特征，分析了其成因，明确指出这是水蚀的结果。他还结合中国西北黄土地区的地貌特征作了类似的解释。他还观察研究了类似的竹笋和从地下挖掘出的桃核、芦根、松树、鱼、蟹等各种化石，明确指出它们是古代动植物的遗迹，并根据化石推断出古代的自然环境。这些都显示了沈括可贵的唯物主义。在欧洲，直到文艺复兴时期，意大利人达芬奇才开始讨论化石的性质，比沈括晚了400多年。沈括视察河北省边境时，曾在木板上做了他所视察的山川、道路、地形的立体地理模型。这种做法很快被推广到边境各州。熙宁九年(公元1076年)，沈括奉命编制《天下州县图》。他查阅了大量的档案和书籍，经过近20年的不懈努力，终于完成了我国地图学史上的巨著《寿陵图》。这是一个大型图集，共20幅，其中有一幅大图，高一尺，宽二尺；小图；每路十八图(按当时的行政区划，全国分为十八路)。地图的规模和内容的详细程度都是以前少有的。在画法上，沈括提出了分率、准视、互融、旁检、竞、方斜、直蹬等九法，与西晋裴秀著名的画法六体大体一致。他还将所有方向细分为二十四个方向，进一步提高了地图的精度，为我国古代地图学做出了重要贡献。
沈括还精通医学和生物学。他从小就对医学感兴趣，并致力于医学研究，收集了许多药方，治愈了许多危重病人。同时，他的药用植物学知识也很广博，实际上能套出、辨别真伪、纠正古籍中的错误。他曾提出“五难”新说；沈括的医学著作有《方剂学》等。现存的《苏神梁芳》是后人将苏轼的《医杂论》附入《良方》而成。
唯物主义者。
沈括有朴素的唯物主义思想和发展变化的观点。他认为“天地之变，寒暑之暴，洪水之旱，飞蛾之蝗，皆有规律”，并指出“顺阳逆阴之理，自有渊源，顺乎自然，不期而至。”也就是说，自然界事物的变化是有规律的，这些规律是客观存在的，不以人的意志为转移，这些规律也是客观存在的，不以人的意志为转移。他还认为，事物的规律有正常变化和异常变化，我们不能拘泥于固定的规则。正是这些正确的思想和观点，促使他取得了当时科学技术的高度成就。沈括曾提出已知知识有限，人类知识无限的观点，对科学的发展影响很大。
唯物主义的思想倾向还表现在沈括非常重视劳动人民的实践经验和发明创造，不断从当时的劳动人民中汲取智慧和力量。他曾说:“至于技术装备，大小，黑色，黄色，淡红色，能都是圣人出的么！工作多的人，一群师，地里的人，都是不可预测的。”为了探求医学知识，他“所到之处，无论是大夫、巷人、小人，甚至是士大夫之家、山中隐士，都要求见。”在《孟茜笔谈》中，他记录了宋代劳动人民在科学技术方面的许多杰出贡献，令人钦佩。比如布衣比发明的活字印刷术(最后一天+第二天)，民间工匠于浩和木工的建筑成就，何工高朝创造的先进的关龙堵口法，平民天文学家魏普李秀的事迹，河北炼钢、福建种茶等许多无名英雄在生产斗争中获得的宝贵经验，等等。正是由于沈括的详细记述，许多做出贡献的劳动人民的成果才得以保存和流传下来。
唯物主义的思想倾向决定了沈括对自然现象和科技成果的描述是科学的。他对事物的观察和描述非常细致、具体、准确，没有封建时代一般文人夸大其词的坏习惯。所以通过他的记述，我们可以清楚地判断出他当时达到的生产技术和自然科学水平。比如沈拓对雷电、海市蜃楼、龙卷风、地震、陨石等自然现象的记录就非常详细、贴切、生动，让人仿佛身临其境。
沈括能够用发展变化的观点研究客观事物，得出正确的结论。他在讨论许多关于数学、气象、医学等问题时，反复强调要因地制宜、因时制宜。比如古代二八月是采药的季节，但沈括指出，药材的生长受自然条件和栽培条件的影响，同时对采药也有不同的要求，如取根、取叶、取芽、取花、取果等。所以要根据不同情况选择采药时间，不能硬性“定月”。沈括的观点很有道理。
沈括并不只是观察一些表面上的自然现象。他还试图探索其科学真理，提出了对事物发展变化规律的解释。对雁荡山和华北平原山峰的形成原因、二十八宿的位置、化石的形成等许多问题的解释，都是符合现代科学原理的。为了弄清杨爱(凹面镜)成像的真相，他观察了空中飞鸟的影子，亲自动手比较成像的差异，最终做出了较为正确的解释。这些是他在科学上成功的重要原因。
精通礼貌用语和武术
文武双全的沈括不仅在科学上取得了辉煌的成就，而且为保卫北宋疆域做出了重要贡献。北宋时期，阶级矛盾和民族矛盾非常尖锐。辽国和西夏的贵族统治者经常入侵中原，掠夺人口和牲畜，给社会经济带来了极大的破坏。沈括坚定地站在主战派一边。宰熙(公元1074)宁七年间，任河北西路巡抚、军器总督察。他研究兵法，认真研究城防、阵法、人员车、武器、战略战术等军事问题，编著了《法兰西修城条约》、《边疆州阵法》等军事著作，成功地将一些先进的科学技术运用到军事科学中。同时，沈括对弩甲、刀、枪等武器的制造也有深入的研究，为提高武器装备的质量做出了一定的贡献。