九百多年以前，在烟波浩渺的长江上，发生了一场激烈的炮战：浓烟滚滚、炮声隆隆，金国的水军在火炮的轰击之下纷纷沉入江中。
在世界文明史上，占有最重要地位的成果，就是中国古代的四大发明了。可以毫不夸张地说，没有中国古代的四大发明，就没有现代科学宏伟壮丽的大厦。指南针、火药、造纸和活字印刷术，为近代自然科学的发展提供了最重要的技术，为世界文明与进步奠定了最坚实的基础。英国学者弗兰西斯·培根早在十七世纪就认为指南针、火药和活字印刷术的发明：“改变了整个世界的面貌和事物的状况。”
（1）克敌制胜的火药
公元1161年的一天，在宽阔的长江江面上，发生了一场激战。金国的统帅完颜亮统领着60万大军向南宋发动了进攻，准备一举渡过长江，灭亡南宋。当金国的水军在采石一带开始强渡长江的时候，遇到了宋朝水军爆炸火器的猛烈攻击。宋军的战船在快接近金国战船的时候，立即施放霹雳炮轰击金军，只见一个又一个大火球先升入空中，然后又落到了金军的战船上。一霎时，炮声隆隆、浓烟滚滚，随着剧烈的燃烧和爆炸，金国的战船纷纷起火燃烧，焦头烂额的水兵纷纷落水而死，宋军大获全胜。
这场发生在800多年前的战斗，就是今天现代化大海战的一次预演，也是人类历史上第一次使用火药制成的爆炸性武器进行的水面战斗。
火药是我国古代四大发明中最重要的一项发明，也是中华民族对人类文明作出的最重要的贡献。正是火药的发明和应用，使得欧洲的资产阶级用大炮轰开了封建领主的城堡，进入了资本主义社会。
火药最初是谁发明的已经无从查考了，甚至连发明的具体年代，也已经无法弄清了。但是，有一点是可以肯定的，火药是中国人发明的，是我国古代的炼丹家们最先发现的。
火药的成分主要是硫黄、硝石和木炭。在早期的炼丹著作中，如魏伯阳的《周易参同契》、葛洪的《抱朴子内篇》中，硫黄、硝石都是炼丹的重要原料，至于木炭更是炼丹家们不可缺少的东西。由于炼丹总离不开这三样东西，因此，可能不只一个炼丹家在无意中把这三样物质混到了一起在加热时发生过爆炸。今天，人们只知道“火药”二字来源于炼丹术士，因为这种会爆炸的“药”就是从炼丹家们在炼他们的“丹药”时发现的，所以就叫成了“火药”。但是，却没有人知道是谁第一个发现火药的。原因很简单：为了保密，炼丹家们的著作都是用隐语写成的，因此，直到今天也找不到那个最先“挨炸”的炼丹家了。
现存最早的关于火药的记载是唐代著名的医学家、药物学家孙思邈。在孙思邈的丹经中明确记载着：把硫黄、硝石放在一起烧炼的时候，如果有木炭掉进去就可能发生爆炸。到了唐代晚期，火药已经成了炼丹家们献给军事家们克敌制胜的法宝了。我国是世界上最早使用火药武器的国家，在公元904年唐朝末期地方势力之间的相互攻击中，第一次使用了一种名叫“发机飞火”的武器。到了北宋时期用火药制成的各种武器，如火药箭、火球、神火飞鸦等已被广泛应用到军事上，在宋朝抵抗北方金国的进攻中多次使用火药、火器等取得战争的胜利。在公元1126年著名的开封保卫战中，宋朝的守军在李纲在率领下，使用一种名为“霹雳炮”的爆炸性火药武器，让进攻的金兵吃尽了苦头，死伤惨重。到了南宋时期，用火药制成的爆炸性火器无论在陆战中还是在水战中都已经成了克敌制胜的有力武器了。
现在保存在中国历史博物馆的一门公元1332年铸造的铜质火炮，是目前发现的全世界最早的火炮。
到了十三世纪中叶，西征的蒙古大军把从宋朝学到的制造火药和火药武器的方法传播到了阿拉伯国家。大约到了13世纪末欧洲人才通过阿拉伯人的著作了解到火药的制作方法。后来十字军在东征的过程中，同当年的金军一样，吃尽了阿拉伯人的火药武器的苦头，最后终于学会了爆炸性火药武器的制造方法，但是，这时中国人发明火药已经800～900年了。
（2）航海中的指南针
指南针的发明，同火药的发明十分相似，今天已经不可能详细考察了。早在战国时期，我国就有了关于使用磁石确定方向的记载了。当时用磁石所做的指示方向的工具叫做“司南”。
到了宋朝，人们已经学会了用钢铁制造人工磁铁的方法。
最早发明的是指南鱼，有两种制法：一是把薄钢片剪成一个鱼形的小船，然后烧红了顺南北方向放到地面上，受大地磁场感应变成人造磁铁，再把这小磁钢鱼片放到水面上，就可以灵活地指向南极了。二是用磁石去磨针尖，然后用线把针吊起来，针尖就会指向南方。这种方法既简便又有效，为具有实用价值的指南针的出现，创造了重要的技术条件。
到了南宋时期，指南针的制造已经相当科学了。人们把指南针涂上腊，然后用一根蚕丝悬挂在一个木架上，并在下面放一个标有方位的圆盘，这样，在静止时指南针就会精确地指向南北了。这就是著名的“缕悬法指南针”。
宋代，我国的海外贸易非常发达，指南针在航海事业中得到广泛应用。在茫茫的大海上，水天一色，碧波万顷，如何辨别方向，一直是一个十分重要的问题。但是，有了指南针，一切就都好办了，人们再也不用担心在茫茫的大海上迷失方向了。我国是发明指南针的国家，也是世界上最早把指南针用于航海的国家。宋代的航船在航海时，白天看太阳，晚上看星星，碰到阴天，太阳、星星都看不见了，就得完全依靠指南针了。在北宋徐竞著的《宣和奉使高丽图经》一书中，有过十分生动的记载：在茫茫的大海上，水深如碧，起风后，波涛起伏，浪花汹涌。晚上，大洋中不能停船，只能看着星星前进，如果碰上阴天，就用指南浮针辨认方向。
航海也促进了指南针的发展。到了南宋时期，指南针的制造越来越高明了，已经出现了最早的罗盘。这种罗盘式的指南针已经开始把划分方位的装置和指南针组装在一起了，其精确度有了很大的提高。到了元代，人们已经不再依靠太阳和星星来辨别方向了，无论是阴天还是晴天都用指南针来导航了。
宋代，由于航海事业十分发达，我国的泉州、广州都是当时世界上最大的商业港口。世界各国来我国做生意的相当多，尤其是波斯和阿拉伯的商人来得最多。随着频繁的经济交流和文化交流，我国的指南针制造技术逐渐先由海上传到了阿拉伯和波斯，以后又从这些地方传到了西方。到了公元13世纪，欧洲终于也在航海中使用指南针了。
如果说，中国火药的传入，使得欧洲结束了封建领主的反动统治，那么，中国指南针的传入，则为哥伦布发现美洲和麦哲伦的环球航行提供了最重要的技术条件。
（3）先进的造纸和活字印刷术
在中国古代的四大发明中，对文化和科学的传播来说最重要的就是造纸和活字印刷术了。
造纸是东汉末年蔡伦进行改进后发展起来的，最早是谁发明的也无从考察。到了宋代已经达到了十分精湛的程度，然而，活字印刷术则一直到了宋代才发明出来。与造纸术、指南针、火药的发明完全不同，活字印刷术的发明者可以确定为北宋末年的平民毕。
据记载，我国劳动人民大约在公元六世纪末～七世纪初的隋唐时期就已发明了世界最早的印刷术——雕版印刷术。到了宋代，毕在雕版印刷的基础上发明了著名的活字印刷术。
毕是一个印刷工，他早就在工作中发现了雕版印刷不太方便，雕好的版只能用一次。于是，他首先试验用一个一个的木质单字来印刷书，但是，他失败了。因为小块的木字粘在一起后，要分散开第二次再用也很不容易，而且，木块的纹理疏密不一样，吸水后胀的程度也不一样，这样一来就使得版面变得高低不平，印刷效果很差。毕日思夜想，一直也没有想出一个好办法。
有一天，毕坐在灶前，帮妻子做饭，他一边烧火，一边嘴里念叨着：“怎样才能找到既不吸水，又可以刻字的东西呢？”妻子指着旁边的瓦罐说：“这不就是不吸水的东西吗？可就是不能刻字。”一句话提醒了毕。他立即跑到附近的一个窑场，在烧窑工人的帮助下，用胶泥制成了一些刻成字的小土坯。然后放在窑里烧成了一个个很硬的单字。接着，他又按照书本的大小，准备了一块铁板，在铁板上面放了松香和蜡，然后拿一个铁框子放到铁板上，在铁框里排满了他烧出来的泥字，放在火上烤，等板上的松香和蜡开始溶化时，就用一块平板在活字上面压一下，把字压平，于是，一块活字版就排好了。这时，在上面涂上墨就可以印刷了。一页书全印完后，把铁板再烤一下，使板上松香和蜡重新溶化，然后用手轻轻一拨拉，活字便一个个掉了下来，准备重新使用。为了提高效率，毕准备了两块铁板交替进行排和印，大大地提高了书的印刷速度。
毕发明的活字印刷术和我们今天的印刷术比起来，自然显得有些原始和落后，但是他发明的活字印刷术，已经具备了现代印刷技术的主要功能，因此是世界印刷史上的一次巨大的革命，对促进世界文化的交流与传播起了巨大的推动作用。
自隋唐以来，由于中央集权的加强，对自然科学的发展并不重视，所以盛唐时期最发达的是文学，最不发达的是科学。北宋前期，在自然科学上也建树甚微。直到北宋晚期和末元时代才产生了像沈括、郭守敬这样伟大的自然科学家及秦九韵、李治、杨辉、朱世杰这样的数学巨匠，科学也才重新到达了辉煌的顶峰。
历史上对秦皇、汉武、唐宗、宋祖的评价都是站在统治阶级的立场上评价的。其实，他们的功绩只不过是建立了大一统的、巩固的封建专制统治，而对于中华民族文明的发展，尤其是对于自然科学的发展来说，并没有起什么好作用。