四大发明是中国古代创新的智慧成果和科学技术,包括造纸术、指南针、火药、印刷术。对中国古代的政治、经济、文化的发展产生了巨大的推动作用,经各种途径传至西方,对世界文明发展史产生巨大的影响力。
指南针,是用以判别方位的一种简单仪器。前身是司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。
磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。指南针的N指北方，E指东方，W指西方，S指南方。
中国是世界上公认发明指南针的国家.指南针的发明是我国古代劳动人民在长期的实践中对物体磁性认识的结果.由于生产劳动,人们接触了磁铁矿,开始了对磁性质的了解.
人们首先发现了磁石吸引铁的性质,后来又发现了磁石的指向性。经过多方面的实验和研究,终于发明了实用的指南针。最早的指南针是用天然磁体做成的,这说明中国古代劳动人民很早就发现了天然磁铁及其吸铁性。据古书记载，远在春秋战国时期，由于正处在奴隶制社会向封建社会过渡的大变革时期,生产力有了很大的发展,特别是农业生产更是兴盛发达,因而促使了采矿业、冶炼业的发展。春秋时代,人们已经能够将硬度5度至7度的软玉和硬玉琢磨成各种形状的器具,因此也能将硬度只有5.5度至6.5度的天然磁石制成司南。司南由青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成,青铜盘上刻有二十四向,置磁勺于盘中心圆面上,静止时,勺尾指向为南。每块磁铁两头都有不同的磁极,一头叫S极,另一头叫N极。
造纸术,是中国四大发明之一，人类文明史上的一项杰出的发明创造。中国是世界上最早养蚕织丝的国家。中国古代劳动人民以上等蚕茧抽丝织绸，剩下的恶茧、病茧等则用漂絮法制取丝绵。漂絮完毕，篾席上会遗留一些残絮。当漂絮的次数多了，篾席上的残絮便积成一层纤维薄片，经晾干之后剥离下来，可用于书写。这种漂絮的副产物数量不多，在古书上称它为赫蹏或方絮。这表明了中国造纸术的起源同丝絮有着渊源关系。
中国古代四大发明之一的纸张，很大可能是起源于中国南方，并且和岭南地区特别是环珠江口周围6000多年前涌现的丰富的树皮布文化体系有密切关系。在古代，埃及有纸草纸，欧洲有羊皮纸，中国历史上有丝絮纸和作书写用的缣帛纸和蔡侯纸，其中只有植物纤维制造的蔡侯纸对世界造纸业的发展及人类文化的传播具有深远影响，其基本工艺一直沿用至今。根据史书记载和后人研究，蔡伦造纸术的基本点，归纳起来就是用植物纤维为原料，经过切断，沤煮、漂洗、舂捣、帘抄、干燥等步骤制成的纤维薄片。没有经过造纸基本步骤处理的纤维薄片，不具备纸的基本性能，就不能称之为中国古代传统概念上的纸。世界上最早的纸是埃及的纸莎草纸，而欧洲中世纪则普遍使用羊皮纸，这两种纸因为原料单一，改进余地有限，被使用复数种类材料的中国纸所取代。如今还有个别的地方还使用造纸术来造纸。人们都知道蔡伦造纸，实际上，在东汉蔡伦大规模造纸之前，中国人就已经发明了造纸术，20世纪在中国各地出土的许多西汉时期的古纸片，可以证明这一点。这并非否定蔡伦造纸之功，而是说蔡伦的造纸术并非是突然之间的发明，它有一个技术积累的过程。
造纸术在7世纪经朝鲜传到日本。8世纪中叶传到阿拉伯联合酋长国。到12世纪，欧洲才仿效中国的方法开始设厂造纸。
火药,是中国古代炼丹家发明于隋唐时期，距今已有一千多年了。火药的研究开始于古代道家炼丹术，古人为求长生不老而炼制丹药，炼丹术的目的和动机都是超前的，但它的实验方法还是有可取之处，最后导致了火药的发明。炼丹家虽然掌握了一定的化学方法，但是他们的方向是求长生不老之药，火药的发明是副产品。炼丹家对于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石药，在使用之前，常用烧灼的办法“伏”一下，“伏”是降伏的意思。使毒性失去或减低，这种手续称为“伏火”。唐初的名医兼道士孙思邈在“丹经内伏硫磺法”中记有：硫磺、硝石各二两，研成粉末，放在销银锅或砂罐子里。掘一地坑，放锅子在坑里和地平，四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角逐一点着，然后夹入锅里，把硫磺和硝石起烧焰火。等到烧不起焰火了，再拿木炭来炒，炒到木碳消去三分之一，就退火，趁还没冷却，取入混合物，这就伏火了。唐朝中期著名道士清虚子柴炫圻，在“伏火矾法”中提出了一个伏火的方子：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。右为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里内，烟渐起。”他用马兜铃代替了孙思邈方子中的皂角，这两种物质代替碳起燃烧作用的。伏火的方子都含有碳素，而且伏硫磺要加硝石，伏硝石要加硫磺。这说明炼丹家有意要使药物引起燃烧，以去掉它们的猛毒。虽然炼丹家知道硫、硝、碳混合点火会发生激烈的反应，并采取措施控制反应速度，但是因药物伏火而引起丹房失火的事故时有发生。《太平广记》中有一个故事，说的是隋朝初年，有一个叫杜春子的人去拜访一位炼丹老人。当晚住在那里。半夜杜春子梦中惊醒，看见炼丹炉内有“紫烟穿屋上”，顿时屋子燃烧起来。这可能是炼丹家配置易燃药物时疏忽而引起火灾。还有一本名叫《真元妙道要略》的炼丹书也谈到用硫磺、硝石、雄黄和蜜一起炼丹失火的事，火把人的脸和手烧坏了，还直冲屋顶，把房子也烧了。书中告戒炼丹者要防止这类事故发生。这说明唐代的炼丹者已经掌握了一个很重要的经验，就是硫、硝、碳三种物质可以构成一种极易燃烧的药，这种药被称为“着火的药”，即火药。
印刷术,中国是世界上最早发明印刷术的国家。早期的印刷是把图文刻在木板上用水墨印刷的，木版水印画仍用此法，统称“刻版印刷术”(亦称“雕版印刷术”)刻版印刷的前身是公元前流行的印章捺印和后来出现的拓印碑石等。造纸和制墨等生产技术出现之后,逐渐发明了刻版印刷技术。唐朝时期,人们把刻制印章从刻石上拓印文字两种方法结合起来,发明了雕版印刷术。唐代留下的《金刚经》,精美清晰,是世界上最早的标有确切日期的雕版印刷品(868年)。11世纪中期的宋代,毕昇发明了活字印刷术,使印刷术得到普遍推广。
历史意义:
四大发明是中国古代先民为世界留下的一串光耀的足迹，是人类文明进步作出巨大贡献的象征。
勾股定理,是一个基本的几何定理,指直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方。中国古代称直角三角形为勾股形,并且直角边中较小者为勾,另一长直角边为股,斜边为弦,所以称这个定理为勾股定理,也有人称商高定理。在中国,周朝时期的商高提出了“勾三股四弦五”的勾股定理的特例。
勾股定理现约有500种证明方法,是数学定理中证明方法最多的定理之一。勾股定理是人类早期发现并证明的重要数学定理之一,用代数思想解决几何问题的最重要的工具之一,也是数形结合的纽带之一。在平面上的一个直角三角形中,两个直角边边长的平方加起来等于斜边长的平方。如果设直角三角形的两条直角边长度分别是a和b,斜边长度是c,勾股定理是余弦定理中的一个特例。
公元前十一世纪,数学家商高(西周初年人)就提出“勾三、股四、弦五”。编写于公元前一世纪以前的《周髀算经》中记录着商高与周公的一段对话。商高说:“……故折矩，勾广三,股修四,经隅五。”意为:当直角三角形的两条直角边分别为3(勾)和4(股)时，径隅(弦)则为5。以后人们就简单地把这个事实说成“勾三股四弦五”,根据该典故称勾股定理为商高定理。
意义:
1．勾股定理的证明是论证几何的发端。
2．勾股定理是历史上第一个把数与形联系起来的定理,即它是第一个把几何与代数联系起来的定理。
3．勾股定理导致了无理数的发现,引起第一次数学危机,大大加深了人们对数的理解。
4．勾股定理是历史上第—个给出了完全解答的不定方程,它引出了费马大定理。
5．勾股定理是欧氏几何的基础定理,并有巨大的实用价值。这条定理不仅在几何学中是一颗光彩夺目的明珠,被誉为“几何学的基石”,而且在高等数学和其他科学领域也有着广泛的应用。1971年5月15日,尼加拉瓜发行了一套题为“改变世界面貌的十个数学公式”邮票,这十个数学公式由著名数学家选出的,勾股定理是其中之首。
地动仪,是中国汉朝东汉科学家张衡创造的传世杰作。
地动仪有八个方位，他们分别是东，南，西，北，东南，西南，东北，西北，每个方位上均有口含龙珠的龙头，在每条龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生，该方向龙口所含龙珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。
据学者们考证，张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理，“都柱”实际上起到的正是惯性摆的作用。同时张衡对地震波的传播和方向性也一定有所了解，这些成就在当时来说是十分了不起的，而欧洲直到1880年，才制成与此类似的仪器，比起张衡的发明足足晚了一千七百多年。
复原研究：谜团 1700多年前，地动仪在战乱中消失，它的模样和工作原理成为千古谜团。2004年8月，河南博物院与中国地震台网中心组成课题组，联合研究张衡地动仪新的复原模型。直至现在，这项课题取得重大进展，课题组用“悬垂摆原理”取代了传统的“直立杆原理”。2005年4月16日，这一科研成果得到了来自中国科学院、国家博物馆、中国地震局等单位的地震学和考古学专家的肯定。
圆周率,是圆的周长与直径的比值,一般用希腊字母π表示,是第十六个希腊字母的小写。这个符号,亦是希腊语περιφρεια(表示周边、地域、圆周等意思)的首字母。
祖冲之(429年－500年),字文远,范阳郡遒县(今河北省涞水县)人,南北朝时期杰出的数学家、天文学家。一生钻研自然科学,其主要贡献在数学、天文历法和机械制造三方面。他在刘徽开创的探索圆周率的精确方法的基础上,首次将“圆周率”精算到小数第七位,即在3.1415926和3.1415927之间,他提出的“祖率”对数学的研究有重大贡献。直到16世纪，阿拉伯数学家阿尔·卡西才打破了这一纪录。
祖冲之算出圆周率(π)的真值在3.1415926和3.1415927之间,相当于精确到小数第7位,简化成3.1415926,祖冲之因此入选世界纪录协会世界第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家。祖冲之还给出圆周率(π)的两个分数形式:22/7(约率)和355/113(密率),其中密率精确到小数第7位。祖冲之对圆周率数值的精确推算值,对于中国乃至世界是一个重大贡献,后人将“约率”用他的名字命名为“祖冲之圆周率”,简称“祖率”。
圆周率的应用很广泛,尤其是在天文、历法方面,凡牵涉到圆的一切问题,都要使用圆周率来推算。
华罗庚(《从祖冲之的圆周率谈起》):“祖冲之将圆周率算到了小数点后七位，是当时世界最精确的圆周率数值，而他创造的“密率”闻名于世。”
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