沈括的生平及思想特点
沈括（1033～1097），字存中，北宋杭州钱塘（今杭州市）人。他是一位多才多艺的杰出科学家，在天文、历法、数学、物理、化学、生物、医学、历史考古、音乐、美术、工程技术等许多方面都有着卓越的成就。他还是一位进步的政治家。他晚年写的《梦溪笔谈》一书，被英国科技史专家李约瑟（Joseph Needham）誉为“中国科学史上的里程碑”。
他出生在一个中下层官吏的家庭。那时江南的社会经济已相当繁荣。生产工具先进、生产水平较高，人口也大幅度增加，科学技术空前发展起来。他的父亲、母亲以及周围的亲属都有很高的文化素养。其中的一些亲属还是当时著名的学者、诗人和科学家（周生春《沈括亲属考》）。少年时代，沈括受母亲教育。他跟随着父母赴任于泉州（今福建泉州市）、简州平泉县（今四川简阳）、润州（今江苏镇江市）、江宁（今江苏南京市）和今天的苏州、杭州等地。他也曾在当时的首都今河南开封居住过几年。
从22岁做江苏沭阳县主簿（县令助手）起，沈括开始了长达40余年的官宦生涯。这时他曾对当时的《图经》进行实地考订，修改了其中与实际不符的地方。又研究了古代弩机。此后，他曾任过东海（今江苏东海）、宁国（今安徽宁国）、宛丘（今河南淮阳）等地的县令。公元1063年沈括在苏州参加科举考试，名列前茅，中进士第。公元1066年被召到京师（开封）参加皇家图书馆做图书的编校工作。并主管朝廷天文、历法的科学研究机构。公元1073年沈括奉命到两浙（江西、浙江）等地设计水利工程。公元1074年又主持制造兵器。公元1075年他作为“国信使”到当时辽朝的上京（今内蒙巴林左旗），进行外交活动。公元1081～1082年他主持军务到前方与西夏作战。因他人之过，以指挥失误罪贬官，后即迁住随州（湖北随县）。公元1085年移居浙江嘉兴。公元1087年完成了历时12年、五易其稿的《守令图》（天下州县图）计20幅。公元1088年移居润州（江苏镇江市）梦溪园，著《良方》、《梦溪笔谈》、《补笔谈》、《续笔谈》、《忘怀录》等35种著作（张家驹：《沈括》，上海人民出版社，1978年）。
沈括受家庭和时代熏陶，接受儒家正统派孟子的思想，对“仁政”极为推崇。为推行“仁政”，在实践上他主持疏浚沭水，使7000多顷土地得到灌溉。又力排众议，主张修复安徽芜湖的“万春圩”水利工程。公元1072年主持疏浚沭汴水道。他的自然观又受到道家的影响，喜欢观察与研究一些奇特的自然现象，并探本求源力图弄清其中的道理。他自幼开始，辗转旅居祖国各地。长期的旅行生活，极大地丰富了他的实际知识。他所到之处，为了弄清科学技术问题，向一切有实际知识的人，其中包括工人、农民、药师，“百工”、“野老”，虚心、诚恳地求教。他随时留心观察与总结民间各行各业的科学技术成就。开创了通过观察和实验来认识自然现象与规律的途径。他自己总结认识论说：“目睹其验，始著于篇”。
地理科学成就
中国古代文献于1041年就记录了测定方向时磁偏角的校正。沈括在世界上最早经实验证明了磁针“能指南，然常微偏东”，记录了地理子午线和地磁子午线指示的方向并不完全一致。因而他是世界上最早经实验证实并记录了地磁子午线不正南，而微偏东，也是世界上最早发现并记录了地磁偏角的科学家之一。要确定地磁角，就必须精确地测量出子午线的正南北方向。西方则于公元1492年哥伦布横渡大西洋时首先发现磁偏角现象，沈括他们较之西方早了400多年。他还把中国先前地图绘制中仅能测量的8个方向，提高到测量24个方向，把对方向测量的精度，提高了三倍。
沈括在绘制地图中不仅能确定精确的方位、比例尺，而且能校正因地形起伏、道路曲折而产生的测量误差。他首创了地形高程测量的方法。公元1072年，创“分层筑堰测量地形法”测量汴河（唐宋时称通济渠为汴河，此河宋以后堙废）河道地形。测量了自河南开封上善门至泗州淮口的直线距离420公里130步和水平高差63.3米。在文献记载中，这是他主持了世界最早的精密地形测量，比俄国于1696年开始的顿河地形测量要早600多年。在实地测量的基础上，他用胶泥、木屑与熔蜡混合，制造出几种不同的地图模型。然后再复制成木刻地理模型。这比欧洲最早的地理模型早了700多年。地图和地图模型都有详细的说明书，以备后世图亡佚，如果得到说明书，按24个方位布置地物点位及郡县，立可成图。公元1076—1087年间，他绘制了当时全国地图20幅，名为《天下州县图》（已佚）。这是一部“以二寸折百里”比例尺的。表示了地形起伏的大型地图集，受到朝廷嘉奖。
公元1074年，沈括奉命到北方边防视察，路过太行山麓，看到螺蚌化石。他记录说：
“予奉使河北，边太行而北，山崖之间，往往衔螺蚌壳及石子如鸟卵者，横亘石壁如带，此乃昔之海滨，今东距海近千里。所谓大陆者，皆浊流所湮耳……凡大河、漳水、滹、沱、涿水、桑乾之类，悉是浊流。今关、陕以西，水行地中，不减百余尺，其泥岁东流，皆为大陆之土，此理必然。”（《梦溪笔谈》第二十五卷）
据此，他推断这里过去是海滨，现在距海已近千里了。并进而推断华北平原是由黄河、滹沱河、涿水、桑乾河等冲积形成。根据化石来恢复古地理环境，是沈括在地学史上的伟大贡献之一。这较地质学萌芽时期科学家列奥纳多·达·芬奇（1452～1519）假设亚平宁山中螺蚌化石为海中古生物遗迹要早400多年。沈括还从黄河等河流的侵蚀和沉积以及历史记载说明华北大平原是由这些河流自上流冲积带来的泥沙沉积而成。这是对华北平原成因最早的科学解释。
沈括还论述了上耸千尺、峭拔险奇的雁荡诸峰，其高岩峭壁的顶部，适在同一平面之上，由此推断雁荡诸峰是由流水侵蚀作用形成的。流水将疏松破碎的岩石，土壤冲走，留下坚硬、固结的峭峰，因而其巅高度会在同一平面之上。此后他又以黄土高原为例，进一步阐明了流水的侵蚀、沉积原理。这与阿拉伯人阿维森纳（980～1073），用剥蚀作用解释山岳形成，如出一辙。
沈括根据延州永宁关大河岸崩，入地数十尺，其下出土一石笋林，共有数百茎，都变为化石，因而推断这里气候早年湿热，宜竹。根据化石来研究古气候变迁，沈括也是世界上最早的。
他也是世界上最早记录了石油，并断言石油“必大行于世”的科学预言家。
他还记载了有关虹和大气的折射现象，引用别人“虹乃雨中日影，日照雨则有之”，论证和解释了这一天空大气折射现象的科学原理。
他还记录了登州（山东蓬莱）的“海市蜃楼”现象，指出这种现象不仅出现在海滨，也会出现在大陆。这是一种大气的折光现象。
他又科学地描述了龙卷风发生时的全部过程和外表形态。其外形“望之插天如羊角”，具有强大的破坏力，所经之处，官府、房舍、居民住家一扫而空，通通卷入云中去了。甚至会使县城变为废墟。沈括对龙卷风的细致描述，证明了龙卷风的分布，并不仅只是南美洲独有的现象，11世纪的中国，也曾发生过龙卷风。
沈括对物候学也有过杰出的研究，说明了温度随地势的增高，会相应下降。植物开花也跟着会在时间、季节上延缓。同一种植物，因品种不同，发育期也不同。同一品种的植物，其习性可以因人工栽培而改变。改善植物的水、肥、光、温条件，也会促使植物早熟。他系统地提出了物候随高度、生物品种、纬度高低、人类生产活动的变化而变化的理论，在世界上也是首创。
公元1064年，沈括对常州地区陨石现象与过程作了精辟的科学记载。
“治平元年，常州日禺时，天有大声如雷，乃一大星几如月。见于东南；少时又震一声移著西南；又震一声而坠在宜兴县民许氏园中。远近皆见，火光赫然照天，许氏藩篱皆为所焚。是时火息，视地中只有一如木否大，极深。下视之，星在其中荧荧然。良久渐暗，尚热不可近。又久之，发其深三尺余，乃得一圆石，犹热。其大如拳，一头微锐，色如铁，重亦如之。州守郑伸得之，送润州金山寺。”（《梦溪笔谈》卷二十）
沈括主持司天监工作，研究过岁差，首倡“十二气历”，即主张废弃阴历，采用阳历。用十二个节气，来代表十二个月，因为月球绕地球运转周期为29.530588天，地球绕太阳运转周期为365.242216天。两个数字不能整除，早先采取闰月的方法，19年7闰来调和这一矛盾。沈括首倡的“十二节气”历，比现行的《格里历》要合乎理想。
沈括用月亮盈亏的现象，来论证日、月的形状。他肯定了日、月的形状像一颗弹丸，即是球体。他还观察了海潮与月亮的关系，肯定了月球对潮汐的主要作用，指出了海潮起落的滞后现象。对潮候问题的认识比西方早约100年。
沈括指出月食一定发生在望时，但朔、望时不一定发生日、月食。这是因为黄道和白道并不重合，它们之间有一个很小的交角。只有在黄、白交点附近，日、月、地三者才真正近乎在同一直线上，才有可能发生日、月食。他还精确地计算出了黄道与白道每月后退一度多；每249个交点月即18年零6个月为一个周期。九百多年前，他的这些计算，与今天的计算值极为近似。这就是他的伟大成就。
多才多艺的伟大科学家沈括在地理科学上的贡献，也证明了他在许多方面攀登上了当时世界的高峰！
