问道于技，从不同方面，看晚清驻外公使对西方科技的认识
引言
西方科学有外在的技术“器”和内在的科学“理”，器物的先进离不开学理上的指导。西方科学技术愈发进步，全靠学术支撑。随着中西文明交流的深入发展，驻外使节对西学的认识不再局限于器物功用的层面，而是关注先进器物背后的内在科学原理。郑观应在谈到西方器物的先进时说道“论泰西之学，派别条分，商政、兵法、造船、制器，以及农、渔、牧、矿诸务，实无一不精，而皆导于汽学、光学、电学。”
郑观应看到了西方的蒸汽学、光学、电学等自然科学知识正是西方制造之精、器物之先进的根源所在。驻英公使薛福成也持同样看法，他认为西方商政、兵法、造船、制器的精良先进，根本原因在于汽学、光学、电学、化学等学科使人们掌握了御火御电之法，并进一步指出这些方法“乃天地间公共之道，非西人所得而私也。”
综上所述，科学知识是技术发展的根源。西方国家主要通过教育普及科学知识，既有正式的学校教育，也有博物馆向社会大众普及科学知识，启迪民智;西方科学团体的成立为科学研究的成果提供了交流的场所。此外，研究成果频出也是国家制度的功劳。在各种因素的综合作用下，西方的科技不断进步。
教育对科学知识的普及
学校是近代科学教育的中心场所。19世纪以后，科学飞速发展，形成了体系，科学技术的新知识大幅增加。这些科学技术新知识在社会生产生活中得到快速应用，科学技术以其实际价值得到人们的认可。
在科学体系的形成和社会对科学技术的强烈需求下，科学教育蓬勃发展，科学技术知识被大量引入学校教育，学校成为科学知识传播的重要阵地。除学校教育传播科学知识外，博物馆也为社会公众学习科学知识提供了重要途径，民众可以求博考，启迪民智，从整体上提高国民素质。
学校教育育人才
教育是衡量一个国家和民族的人才素质、道德风貌、审美眼光、行为方式、价值观念和社会风尚的重要窗口。正如康有为（1858-1927）所说，“才智之民多则国强，才知之士少则国弱。”久居国外，驻外公使逐渐意识到欧洲各国富强的根本原因不在于器物精良，而在于精美器物背后的科学原理指导。在西方，孩子到了七八岁不上学就怪父母，如果家里穷或者是孤儿，就有专门的私塾来教育，所以西方学校林立，一百个人中会读书写字的人就有七八十个。
西洋教育自明朝以前便与中国相似，“迟至言学，则先至物理，然后至文言，至重达用而薄藻饰，而教其子弟也……喜善疑而慎信古;其名数诸学则借致穷理之术，其力质诸学则借导观物察变之方。”驻英公使曾纪泽也表示，风俗、人才非常重要，关系到国家的兴衰存亡，风俗、人才需要从小培养，所以欧洲各国的孩子都进入书院学习。
曾纪泽任英使时曾参观英国“小学公会”，其意义与中国小学不同，中国以文字、音韵训诂为学习内容，西方则主要是“以显微镜察验纤细幺麽之物，以助格致家考究万物材质凝重之分、生死之异……由细而知巨，由表以验里，由无用以求有用，由同种以察异种。”西方的这种“小学”，可以说是以学习自然科学为主要内容。
据驻英公使薛福成考察，西洋学堂规模大小不一，种类繁多，从初次入学到学有所成或有所研究，都有一定的时期。学校种类不同，学习内容的重点也不同。西方国家“文则有仕学院，武则有武学院，农则有农政院，工则有工艺院，商则有通商院。非仅为士者有学，即为兵为工为农为商，亦莫不有学。”
由此可见，西方不仅学校种类多、数量多，教育体制也很完善，教育也很普及。瑞典有园囿学堂，专门培养各法教授学生，德国、法国等国对其农事有益，于是争相仿效。园囿学堂旁留间隙地一二洋亩，考木艺，以教五六岁童，并授其铲、锹、锄、喷壶各种农器的用法;到了10岁，又教籽粒生芽法、插秧法、茎根芽移植法等知识。
在西方，人们重视草木，认为种草没有什么好处，“草木丛生之区，能引雨下降……若无草木之地，空中积雨过多，必致有大雷电使雨骤降，河不能容，必至涨溢泛滥。”
可见，多植草木，既可免干旱，又可免除水患，鉴于此，西方国家设立园囿学堂专习树艺，使树木繁盛。中国自古以农立国，农业经济是传统中国的经济命脉，所以驻外公使出国后对西方农业非常关注，农业学堂也成为他们经常参观的地方。
光绪十六年（1890）张德彝随洪钧使德时参观过德国的农政院，农政院教授学生“先以地之所产，考其原质，土性如何，宜植何物；次则灌溉栽种之法，何种应用何粪。”
除此之外，农政院还制作了养蚕吐丝的方法、养蜂酿蜜的方法、使用各种耕作收割机器的方法等，与农业相关的各种农艺不下百种。农政院的农业教育向大众普及了大量的农业种植知识，通过科学的种植使食物丰富起来，人民也可以由此致富。
黎庶昌也曾参观马德里农务学堂。马德里农务学堂位于马德里的西边，由西班牙国家政府设立。黎庶昌参观时正值学校开学，西班牙君主、君主亲临现场。学堂有三所相距不远的房屋，一是学堂;一个是蓄养牛羊鸡鸭的地方。一个是学生用的房间。由于当天是开学典礼，人流量很大，不能一一细看。因此，几个月后，黎庶昌再次来到马德里农务学堂详细参观：
入门，对面二间设有坐位，为教习讲解物质处。转入一室，有二高玻璃匣，盛仿做植物……内为若干层，可以逐层剔剥，观其文理。又一壁，结鸟巢数十，各盛鸟卵，以知伏育之理。转一室，有测地平经纬仪十余具。又转入二室，为用化学分验物质处。
由此可见，农务学堂采用直观教学法，实物授课，让学生直观地了解树木的纹理。黎庶昌还看到了各种各样的农业机械，感叹其运用之精妙。农务学堂共有学生80余人，皆从根本学起方可入此学。学满四年考试，合格者发给毕业证书，毕业后或充任教习，或代人管理产业，各随其便。
海外贸易是西方最主要的贸易形式，然而“茫茫大海，渺无津涯，行者宜知天地经纬度数，天下海洋水道水之浅深与夫礁石沙岛，以及四时之风色，潮汐之涨消……枪炮如何施放，水雷何以防躲，凡司商船战舶者概宜熟悉。”
为此，欧洲设立了航海学堂。航海学堂的学习者首先要了解各国语言文字，预先涉猎天文、地理、几何、算法各学，然后才能入学深造。航海学堂设在船上，学生重视学问，饮食与水手相同。张德彝发现其他国家也派遣了学习人员，回国后出任水师提督。由此可见，西方教育是以科学技术为中心的实科教育，重视实用型人才的培养。
在考察了西方国家的教育状况之后，有识之士对中国国内的教育提出了改革建议。康有为建议废除武科，改为艺学，“令各省州县遍开艺学书院，凡天文、地矿、医律、光重、化电、机器、武备驾驶，分立学堂，而测量图绘、语言、文字皆学之，选学童十五岁以上入堂学习。”黎庶昌也认为中国科举考试“士不讲修齐平治、诗书礼乐，而专讲小楷时文”，不利于近代教育的发展。
经过对欧美、日本教育制度的考察，黎庶昌开始在中国进行教育改革，光绪十八年(1892)在重庆创办了川东洋务学堂。凭借自身的海外经验，讲解东西方各国的国情概况，同时讲授中国的传统文化。此后，自然科学知识、技术等内容先后纳入川东洋务学堂的教学范畴，在增长学生自然科学知识的同时大大开拓了他们的视野，提高了他们的实际操作技能，成为西南现代教育的一部分开了开头。
北洋政府司法总长杨沧白(1881-1942)是川东洋务学堂的学生。黎庶昌不仅将自然科学内容引入课堂教学，培养实用人才，还从川东洋务学堂中选拔优秀学生赴英国伦敦留学，开创了西南学生留学海外的先例。把科学和技术知识引入学校教育，不仅限于科学知识的普及和人才的培养，还通过这些专家，把科学技术带到社会生产的各个领域，引导了科学技术的发展。
博物馆启发民智
如果说学校教育主要用于培养专业人才，那么博物馆就是用于向公众普及科学知识、启迪民智。馆内保存的大量图书、各种器械、各种标本等，都引起了驻外公使的注意，成为透视西方民教兴盛的一扇窗。1850年，英国议会决定设立图书馆，设立之初全国有350多家，之后每年都在增加，1898年仅伦敦市内就有60多家。
图书馆有专门的管理员，不分男女，除了周日，每天从早到晚开放六七个小时。图书馆内有各种各样的书籍，可以满足各种各样的人的阅读需求。可以钻研学术，增长见闻。图书馆的开设，让穷人也能读书学习。郭嵩焘在英国任职时，曾参观过大英博物馆，在日记中洋洋千言详细记载了博物馆的构造。大英博物馆有数十万册藏书。为了方便人们读书学习，博物馆里还设有圆形的阅览室。
“四围藏书六万卷。中高为圆座，司事者处其中。两旁为巨案曲抱，凡三。外皆设长横案，约可容千余人。”馆内藏书分为三层，最下面一层是收集普通书籍阅读的，最上面两层是向管理员索取的。每天有六七百人在看书。除了藏书，博物馆还收藏着来自世界各地的古物。有动植物的化石，也有中国的书籍、玉器、陶瓷、古剑等，多达数百件。
郭嵩焘感叹道，“所藏遍及四大部洲，巨石古铜，不惮数万里致之。魄力之大，亦实他国所不能及也。”英国的博物馆在周二和周四两天闭馆，其余时间一般人都可以参观、参观。随英副使刘锡鸿思想保守，与正使郭嵩焘意见分歧颇多，但在博物馆普及科学技术的作用上与郭嵩焘一致，并给予积极赞赏。刘锡鸿到英国后，听说大英博物馆里备有各国的图书，要陈列天地间所有的东西，便急不可待地想看看。
对于西方国家普遍设立博物馆的原因，刘锡鸿也有自己的看法。刘锡鸿认为英国耗费人力、物力开设博物馆陈列世界万物不仅仅是为了凸显其国家的强盛。而是因为“凡人限于方域，阻于时代，足迹不能遍历五洲，耳目不能追及前古，虽读书知有是物是名，究未得一睹形象，知之非真。”
结果，人们就不知道自己看到了什么。所以开设博物馆，把万物综合汇集其中，目的是为了补充人们在书本上学不到的知识，增长人们的见识。文字可以用来解释意思，解释不了的就需要借助图谱;图谱还不能说明的东西必须借用器物。为此，西方国家广设博物馆。“苟一物利用，必思考而成之，不令弃地。苟一器适用，必思则效，旋且运化生新，而利便又远过之。”
由此可见，西方各国聚集了许多人追求器物的实用，聚集万国器物以启迪民众的知识，这样其国家就越来越富强。黄遵宪任驻日参赞时，得知日本仿效西方设立了博物馆。
“凡植物、动物、金属、石属、化学炼造物……皆部分区别，举其名、陈其类，尚其形，详其法，胪陈于馆，以纵人观览。”博物局长还负责举办博览会时物品的处理。另外，医院里还有医学博物馆，“大如象、鲸，小如蚊蚋，皆收贮其皮骨。人身全骨至数十具，髑髅首骨千余，各国种类皆有标记。”
大英博物馆的陈列奢华壮观，便于人们检验考证，而医学博物馆的陈列则带有研究性质，通过辨证异同，追根溯源，探究医学的缘由。1902年吴汝纶(1840-1903)视察日本教育时也谈到博物馆。
在他看来，博物馆的好处有二，一是研究专业学问。二是增长见闻。在日本的博物馆里，专业性较强的展品可以在馆内参观，但不能外借。“专门之书价甚贵，学者无力购买，则考定有缺憾，有图书馆足以济其用。”总之，博物馆要广查博识，满足学者、调查、查索。
科学社团与科研成果的交流
科学社团是从事科学研究的知识分子的团体，是科学和技术发展到一定阶段的产物。科学社团的成立奠定了科学体制化的基础。驻外公使出国后，除处理外交事务外，还应邀参观西方社团，据统计，郭嵩焘在《伦敦与巴黎日记》中，英、法等国社团共46个这样写着。社团类型涵盖政治、经济、学术、公益四大类。
通过对西方社团的考察，驻外使节对西方社团的职能、性质、组织形式都有一定的了解。西方国家通过科学技术奖励制度为科学家提供研究资金，保障科学研究。科学小组的科学家定期进行科学演讲和科学实验，向人们普及科学知识。
另外，科学家之间的私人交流也推动了科学理论的发展。我不仅看到了科学社团积极的一面，也看到了一些驻外公使对科学社团有更深的认识，看到了西方科学社团在科学研究之余为殖民主义服务的一面。
科学体制保障科研
科研院所、科学团体的建立促进了科学体制化的进程，这些团体给科学家发工资，保障他们的生活;同时，提供科学研究经费，有力地支持了科学研究事业，促进了科学的发展。另外，科学技术奖的颁发，极大地激发了科学家的研究热情。
16、17世纪的文艺复兴和宗教改革唤起了欧洲精英对自然科学的兴趣，再加上新教思想的影响，有不少人以科学为职业，出现了专门从事科学研究的“科学家”。1660年英国皇家学会成立，“此为科学家们进行科学研究的第一个特定的社会圈子”，在皇家学院，科学家可以进行交流，还可以就科学实验进行演讲。
从此，科学研究活动成为一种特殊的有组织的社会活动，科学体制初步形成。系统化促进了近代科学的发展，科学研究活动不断进行，科学理论不断更新。1731年，皇家学会设立了科普利奖章，授予对物理学和生物学做出巨大贡献的科学家。学会还为科学家提供研究资金、奖金以及国际交流合作机会，推动了科学的发展。
1666年在法国巴黎成立的法兰西学院，国家为科学家提供丰厚的年薪、助手、机器和场所。因为有科学活动的资金保障，科学院可以进行较大规模的科学实验，也可以进行海外调查。1721年，法兰西科学院设立了“以征奖形式运作的年度大奖”，在法国，出现了向社会各界征集更有价值的自然科学问题的解决方案，并对解决方案的人给予奖金的制度。
法国科学院于1825年颁发了奖金丰厚的第一届蒙通医学奖，之后又颁发了勒孔特奖、奥西里奖、拉卡尔斯奖等荣誉奖。随着科学研究成为一种职业，并得到社会的认可，产生了科学奖励制度，在这种制度的引导下，为了奖励有潜力的研究者而产生了特别补助金。科学奖励制度和科学资助制度的建立，使科学在社会上的地位不断提高，极大地激发了科学家从事科学研究的热情，有力地促进了18、19世纪科学和技术的蓬勃发展。
科学在19世纪飞速发展，系统也逐渐成熟。科学家们研究了力、热、声、光、电、磁等各种现象，建立了力学、光学、声学、热学、电磁学等理论体系。科学理论的发展不断催生与技术相关的新发明，例如“电能应用的迅速扩大引发了电报、电话、无线电通信等各种新奇发明，内燃机的不断改进使汽车、机车、轮船这些新的交通工具得以出现。”这些新技术和新发明很快被应用到社会生产和人们的日常生活中，在促进工农业、交通产业大发展的同时也大大方便了人们的生产和生活。
在看到科学技术所带来的社会价值后，人们对科学技术的关注度越来越高。社会发展到19世纪，科学、技术、生产开始形成特殊的相互关系，资本主义的发展所产生的社会需求为科学技术的发展注入了强大的动力，科学技术的不断进步使19世纪成为发明家的时代。可以说已经进入了科学技术成果的时代。科学技术的日新月异，让科学家和普通市民都对科学技术产生了向往，科学家在向普通市民传播自然科学知识、传播科学思想的过程中，产生了科学社团。
西方国家广设学会
西洋各国学业常重，凡有一学必有一会，故会馆极多。广泛设立学会的理由是，在外国，但凡讲一门学问，都必须集众智、合众力才能完成。例如，火轮、舟车的发明制造多涉及自然科学理论，不是单凭一个人的能力就能实现的。“必有集众能，研绝学，穷年累世，始获变通尽利者。其用费，则虽斥私财，贷巨债而不惜也；其用力，则虽积祖孙、父子之创述，而不倦也。”
另外，西方的科学知识是以实验为基础的，所以需要购买实验仪器，但这些仪器大多是昂贵的奢侈品，需要花费几万日元，如果不提供给大众就无法实现。康有为说，美人购买天文镜需要七十万的费用，一个人无法负担，所以必须成立学会，集众人之力购买仪器。
除了仪器的使用，西学讲究实事求是，亲自游历、测量和绘制方能学精。自己游历，测量和绘制也需要巨额的费用，这也是一个人的力量难以实现的。是故“无三十七万金之天文台，三十五万金之千里镜，则天学必不精。不能环游地球，即游矣，而不能遍各国省府州县，皆有车辙马迹，则地学必不精。”
由此可见，学者仅凭一己之力是无法购买书籍、仪器和设备的。再比如，在遥远的大海上旅行并制作地图，我们的能力不足，因此需要成立一个学会。近代以来，日本不断深入学习西方，积极模仿西方学会的创立。黄遵宪经过考察，了解到日本国内有天文学会、地理学会、医术学会、植物学会等科学团体，学会数量较多，种类繁杂。
黄遵宪认为学会的作用在于“合众人之才力，众人之名望，众人之技艺，众人之声气，以期遂其志者也。”学会的会员如果有什么疑问的话会提问，有人会回答。有了新的发明。通过交流，在普及科学知识的同时，提高科学理论水平。出席者没有身份，“上自后妃王公，下及一命布衣，会众有集至数百万人者，会资有集至数百万金者。”学会的书籍随读，机器用于实验，报纸刊登最新的发明，学问日精，人才日增，国家富强。
多次出国的张德彝也对学会有一定程度的了解。西方的学会种类很多，“凡有新法新章，追求之理，随时讲论，人入听者，按月捐钱若干，以充馆费。”人们按照自己的喜好加入社团，增长知识。
薛福成发现西方人懂得地理知识，儿童在7、8岁时就被送进村塾学习地理类书籍，村塾的四壁上挂着地球各处的地图，由塾师为其讲课。到了13、14岁，就会读更专业的书，“盖凡为官、为士、为兵、为工、为商，皆当周知舆地；惟其童而习之，所以无人不洞悉形势，谙练世务。”先后八次出国的张德彝也认为英国人好游历，考地理最精，因此成立了地理会，并对英国地理会的会议情况有详细记载:
桌作‘π’字形，前后坐人一百八十四，皆会友之曾经游历外方者……凡五洲四海，踪迹所至，莫不测量道路之高下远近，海水之深浅凉热；审辨天地之寒暑燥湿，人物之大小刚柔，鸟兽虫鱼花木之奇异；无不勒书绘图，自炫于众，以求厕夫儒者之林。
像这样，英国地理学会规模很大，聚集了很多人，有经验的人互相交流。地理学会的成立有助于地理的研究。不仅专门研究地理的学者游历外国，调查各地地势、风土人情，游历外国的官民、各口领事、驻国公使及随行人员，也随时调查各地的天文地理、风土人情及地势土产，与国家凡是有益于百姓的事都一一详告国家。
“国家收得，并不抛弃，随时考察酌核，其实有益于国或民者，无不照行。虽商民有所见闻者，亦准随时禀报，无论如何，总以保国为心。”随着了解的深入，张德彝发现，懂得西语文对游历者非常重要，否则派遣游历就会浪费国家经费。
土耳其曾派遣十余人游历东西各国，回国时拿着报纸向官府报告，但在西方游历过的人无一人懂英法等语言，报纸寥寥无几。东游日美等国者，因懂英语，能四处辑录地势地形、风土人情，所至告官，并由此受到重用。因此张德彝不懂西语，不了解西方的情况，认为通过游历很难有所收获。
曾纪泽访问了伦敦的舆地会，从迪比·白求恩·麦卡蒂那里听到了他在四川、贵州、云南旅行的故事。演讲结束后，奥地利公使发表了赞词，曾纪泽也称赞了几句，“地球各国渐联为昆弟之欢，欧洲有人游历中土，以考察利益之事，亦中华之所甚愿。”对于马嘉谛修道士所说的长途六千里，从未遇到轻微的事情，曾纪泽认为这表明马嘉谛事件之后，中英两国的百姓都平安无事。
此外，曾纪泽认为英国人进行地理调查并到中土旅行，对中英双方都有好处。但是，对于西方人以游历之名考察了解各国地理的做法，驻日公使黎庶昌的看法却完全不同。在他看来，西方人不仅与各国通商，还会募集资金，让人们到各国游历，“无非欲假此无限之利权，以遂其窥探内地之私计。”黎庶昌说，西洋人常借游历之名，或描绘各地山川形势，或求索各地物产状况，或勘探矿产资源，绝非中国云贵、甘肃、新疆、蒙古及青海、西藏等地地势险要国人称之为荒僻不毛之地，却声称哪里都没有西方人的痕迹。
康有为说，英国人在道光二十五年(1845)就已经绘制了云南的详细地图。西藏地图也绘制于光绪二年(1876);关于蒙古的漠河矿山，俄国人已经绘制了详细的地图。西方人绘制了一张带有殖民地特征的亚洲地图，如“法人派流丕探滇越之地，而即收越南，派特耳忒游暹罗考湄江之源，而即割暹罗湄江东岸。”
由此可见，西洋人十分有眼光，绘制了中国的地图，其根据也很详细，如果中国和西方发生摩擦，他们可以根据哪里行军，即使远在数万里之外，中土的地形地貌他们也能知道一目了然吧。由此可见，黎庶昌比张德彝、曾纪泽二人更深刻地认识到了西方人地理考察背后的殖民性质。
科研成果的交流
研究成果的交流，一般是通过科学家的社区，科学家和科学爱好者的科学演讲等，向人们普及科学知识。科学家和科学社团的出现，一方面体现了科学体制化的进展，另一方面也体现了重视科学的风气的形成，“在英国上流社会中，科学活动是作为一种时尚来进行的。”上流社会的人们会在晚宴上邀请科学家进行演讲。皇家学会是英国最早成立的正式科学机构。
在英国的科学发展中，皇家学会扮演着重要的角色。皇家学会的会员几乎都是乡村绅士和活跃在都市的人物，其中也不乏大贵族。对于这些人来说，皇家学会就像是一个精致的娱乐场所，他们通过在那里的实验，看到了不可思议的自然现象。郭嵩焘在英国留学时，曾多次应邀参加皇家学会的参观学习。皇家学会定期举行科学实验的演讲。
科学家约翰·廷德尔每周四在皇家学会讲授热学，并现场演示实验。郭嵩焘来到伦敦后，于2、3月间作为观众观看了科学演讲，并在日记中详细记录了这次演讲。参加者有数百人，座次上下排列，前面设有一张巨大的桌子，左右两侧像文件柜一样覆盖着，说明火轮机器以热生力，以力生热的原理，“设木上下相关，而贯曲铁圆柱其中，以手转之。上为圆孔，倾铅末其内，铁转愈疾，则上孔热发而铅熔如汞。”通过直观的热学实验，人们了解了热学的原理。英国的学问之所以焕然一新，是因为这个人喜欢与人交流，用不可思议的自然现象引起了对科学的兴趣，享受研究的乐趣。
郭嵩焘认为，西方科学特别重视实用。西洋各海口都设有灯楼，便于船只在夜晚航行时避开海岸礁石，找到港口位置。灯楼起源于土耳其，18世纪以前都是以柴火作为光源，18世纪以后石油灯逐渐取代柴火灯，1895年开始改用电灯照明，照明效果得到了大幅改善。
但是，在海上航行的话，会遇到各种各样的恶劣天气。雾就是其中之一。每当有海雾，灯楼的灯光都隐而不现，故而“西洋人相与设法，传声雾中以引船。”用声音的抑扬顿挫告诉大家到港口的距离。
英国科学家约翰·泰达对此理钻研尤深，郭嵩焘也在皇家学会见过泰达讲引船灯楼激火发声之理。英国港口导航从火柴、煤油灯到煤气灯、电灯再到声学和光学的不断改进，显示了西方人对科学知识的不断探索和对实用性的不断改进。
郭嵩焘在回国途中，再次深刻见识了西方科学的实用性。他在回国途中，遇到了一位英国海洋调查专家，当时他正打算从锡兰前往中国和日本进行考察，这位专家对水土生物化学虫类进行了研究，并留下了数十种著作。
经过一番交谈，郭嵩焘得知海中生物乃国家大计，“凡生物皆有宜，由水土之气所化也。得其生物之性，亦可辨知其水土之用。”以前，从英国到美国纽约的电线突然断了，据说是因为海底生产硫磺，橡胶覆盖的铁线被硫磺腐蚀生锈，无法导电。
此后，英国政府经常派遣船只对海道和海底生物进行探测，根据海道的深度、土性和物性的适宜程度来推测其来由，“是以风雨晦冥中不辨海道，亦可缒取其沙土及水中生族，用显微镜照之，知为何种沙石所化，以推测其海道所经，而辨知其道里方向。”西洋人的格致之学愈来愈精，皆因实事求是。
在科学家和科学爱好者的聚会上，交流科学成果，普及科学知识的同时，科学理论也会得到发展。张德彝陪同郭嵩焘出使英国时，访问了英国人尤斯，尤斯向张德彝展示了他从印度带来的东西。其中包括玛瑙耳环和小木碗等。
英国人凡得新技艺，必示于众人面前，炫耀其能力，“有所储蓄，无论珍玩锦绣，或草木泥器，皆罗列厅堂，客来则逐一指示，恐其目不及览焉”。郭嵩焘使英后也结识了一些科学家，英国电气学家曾邀请郭嵩焘至其家观看电气光，“盖即用两电气线含炭精以发其光。用尖角玻璃照之，其光分五色。”
同时被邀请的还有一些英国知名学者、科学家，他们或博通光学、化学;或多知草木鸟兽;另外，精通天文学和算学的著名学者们经常以个人名义聚在一起发表最新的研究结果，进行交流。张德彝应英国植物学家胡克之邀，与他一同前往植物园。胡克是郭嵩焘在电气学家威廉·斯普提斯伍德家中参加科学家聚会时认识的人物。他的父亲也是英国著名的植物学家。
植物园里有从世界各地收集来的花卉数千种，散发着天真烂漫的香气。张德彝等人所知甚少。所有花木都有标识，记载其名目、功效，追溯其由来，供人们观赏，研究传播知识。我在英国也参加过“老儒会”，但其成员大多是年事已高、无法生存的学者。当天出席者有二百人，公使六人，老儒会的主持者邀请郭嵩焘就各国学问进行演讲，郭嵩焘在演讲中强调西洋实学。
郭嵩焘认为，中国圣人立身行己、治国治民流传三千多年，仍受尊崇，但在重视实学方面不及西洋。“二三百年前利玛窦、南怀仁、汤若望先后来中国，最为有名。此次至伦敦所见定大、谛拿楼、阿文、虎克、斯博得斯武得谈论电学、光学、热学之精微，益见英国学问人人讲求云云。”
据张德彝的日记记载，仅伦敦的学会数量就多达139个，包括天文学会、地理学会、医学会等。各学会在高层建筑中设有公司，公司规模壮观，会员人数多的可达数千人。学会会长由世爵富室担任，楼门每天卯正(早上6点)开门，亥正(晚上10点)关门。天文有新星，地理有新地，格物化学有新理，花木有新种，思得新法，访得新工，新物新事，分别了解，讨论，交流，究穷理。因此，西方的学问越来越新颖，制作器皿的技术也越来越精致。
随着认识的深入，驻外公使逐渐意识到西方国家科研成果频出，与其所具有的科研精神有很大关系。科学研究以阐明自然现象背后的客观规律为主要任务，对于科学家来说是一项需要付出艰苦努力的枯燥活动。科学家在从事科学研究的时候需要科学精神的支撑。
正如驻美公使崔国因所说：“欧、墨各洲之人用心最苦，每造一密室，独坐其中，终日思之，必求有得。”这一切都离不开发明者的苦心。穷究、勤思是西洋各国的风尚。
西洋有老而思者，殁后其室为世人所珍贵，谓之固苦学者之所，灵气之钟也。所以只是羡慕西洋的制造之巧，机械之灵而仿效引进，虽偶得其一，不足以创物，更重要的是应该学习西洋人的勤思精神。
就连一向保守的刘锡鸿也注意到了这一点，他说英人提倡技艺争鸣，各树一帜，原因在于“苟可经营以立业者，虽毫发之细，亦必推究其所以然；虽数万里之遥，亦不惮跋涉以寻求之。”张德彝也有同样的见解，他认为西方人那种求真、不畏困难的精神值得我们学习。
伍廷芳指出，美国人的个性中有集中力和忍耐力，“当其立意成一事时，无论其为发明一新事物，或解释一难问题，率瘁其心力，而又副之以坚忍。”例如，美国著名的电气科学家爱迪生为了思考问题，每天都呆在工厂里，废寝忘食。不仅是美国科学家，欧洲各国也是如此。
除了专注和耐心的特点之外，实事求是也是西方人的科学研究精神之一。于是驻外公使说，应该学习西方人的科学研究的精益求精的精神。
科技成果背后的制度保障
西方国家的科学技术成果，得益于强大的制度。一方面，国家的专利制度从法律上保护人们的发明创造，极大地激发了人们从事科学研究的热情，而且科学技术的发明可以使人们致富，所以西方国家人们热衷于发明制造;另一方面，西方对发明的器物有严格的检验制度，保证了器物的质量。在欧洲各国，生产检查非常严格，哪怕只有一毫米的差别，也一定会被销毁，这也是制作优秀器皿的理由。
严格的检验制度
西方国家的工业制造最重视检验。轮船按行驶检查，枪炮按演示检查，机器按旋转检查，只有锅炉不能试烧，用水代替火检查。1877年(光绪3年)7月，中国海关驻伦敦办事处税务司金登乾和一起参观了英国洋枪局，看到了制造枪支的机器。这得益于严格的考核制度。
在欧美各国，即使是枪用的螺丝，只要有一点不合适，就会立刻命令重新做。“其出火机挑，以力重七磅为率。以机器试之，刻轻重分杪其端。”之所以如此重视打火机的力度，是因为力轻则容易起火，有走火的危险。用力太大，有破裂的危险。装径和弹簧都要求刚柔。
刘锡鸿随郭被派去考察西洋各国的棉火药检查法，“以湿棉药饼盈箱，推置火炉中，火只缓缓热入，焰并不烈。又点干棉药于湿棉药之上，湿棉并不着火，以知其制造之精，便于储藏矣。”
质量好的火药能够最大限度地发挥枪械的威力，因此西方国家非常重视火药的质量检查。薛福成用英后对西方严格的检验制度十分赞赏，并在日记中详细介绍了西方国家检验轮船、枪炮、火药的具体方法，探讨西方工业产品质量优秀的关键所在。在欧洲船只发生事故后，我们立刻要求美国商务部进行检查，“以平水测定海里之地，推其速率；以指力表计其马力；以涨表定其汤气涨力。”
西洋国家所的造船厂必须工坚材实、机械完整，然后商业部才交付验钞，有了验钞轮船才可以出海。轮船都有一定的行海年限，或10年，或20年，不等，如商业部检验不合格，则不准其驾驶，违者有罚。除此之外，每艘船装载的货物、乘坐的人都有一定的数量，如果装载的货物超过了载货的数量，或者人超过了载货的数量，一律禁止，违者要受到处罚。
欧美产的枪检查也很严格。在各工厂逐一陈列新制的铁炮，由兵部派遣人员每人携带十几名工役进行仔细检查。枪要打得准，瞄准是关键，因此验枪时需要测量枪的口径，观察其瞄准表与枪身中线是否平行，微偏削都是新制造;试放后解开后车门的弹簧，检查火药是否泄漏。驻德公使许景澄认为。中国各路防军看苗打靶只靠目力，而看西方国家演炮法，“炮尺之准点，弹药之行度，皆有定律，绝无参差。”王韬亦考察了西方国家验炮方法，“用电火回镜观其螺纹，抽后门环托观其药气，测以药线表尺而知涨力若干，速率若干，重积力又若干。”经过严格检验的火器，大大提高了欧美各国的质量，保证了强大的军事作战能力。
对于迫切需要“自强”的清王朝来说，仅仅购买先进的机器设备是不够的，还需要学习西方的技术水平和严格的工厂管理制度。徐建在调查研究外国设备、工艺技术的同时，也注意了解西方各工厂的生产、技术管理方式，其中计量、试验诸法为他所深有体会。
徐建寅巡视了德国各火药制造工厂的器具后，发现它们并不比中国津、宁、济、沪工厂的器具好，“厂屋极陋，器具极简，而成药亦能适用。每年成药三四万石。”根本原因是考膨力、速度、重率各法，竭诚努力，有缺点即改。如此看来，严格的检验制度是西方制造好枪、巨炮、好火药的必要保证，而这是比先进器械更落后的清王朝必须学习的地方。
其实早在同治十三年(1874)，湖南巡抚王文韶(1830-1908)就看到了枪炮施放之术、测算之法的重要性。在他看来，西洋的枪炮之所以能享誉中外，并不仅仅是因为其装备精良，“盖由平日操演，设立标准，以仪器测其远近，随在命中，不差分寸，是以所向无前。”
于是他认为只知道操洋枪洋炮，而不讲究使用的准儿，是留神取貌。外洋有自己独特的利器，他们不考虑自己的长处，每制造一种武器，自己充分使用后就转卖给他人，从中牟利。
中国也为此购买了很多的良枪巨炮。然而，中国即使购买了洋炮，其散布却不像西方国家那样准确，这是因为炮力的测定、炮药的方法不像西方国家那样准确。是故“彼之利器，在彼用之，仍可擅长，我用之，则仍不恃。臣愚以为炮且购备，而放炮之准头尤宜讲求。”如上所述，德国克虏伯公司的后膛炮虽然制作精良，但如果不掌握其发射技巧，就无法命中很远的距离。
光绪二十一年(1895)，翰林院堂院学士麟书(1829-1898)建议船政和制造各局选拔精算学和制造原理深厚的人来管其事。工作事事求坚，材料事事求实。“外洋之制器械也，自督办之员下至匠役，皆深明算学与制造之理，互相讲求，互相考验，而后精益求精。”
在中国，一切托官，官监督匠首，匠首监督艺徒。官吏不熟悉制造之理，匠首技艺之精熟未必不如艺徒，不敢尝试。用于制作的材料大多被贪污滥用，制作出来的东西只能用有用的财政来约束无用的东西。
总之，清政府应该学习西方验收器械的方法，实行严格的检查制度。往年内地所制枪炮一经施用，或子不合裂;或药效不佳;或者，很容易炸裂，做得不好，是因为不知道实验的方法。因此，各国的使者大臣，对于所有的船、炮、枪、验器的器具，都要仔细咨询，然后一一购买才好。王韬还建议总理衙门派精通枪炮制造理论和化学知识的人，游历各国工厂，对火药的性质、子弹的重量、枪炮的规模，细心仔细地调查，掌握关键。只有弄清楚枪械测试的方法，即使采用武器也不会被骗，自制武器也能保证质量。
国家制度保护专利
专利制度诞生于中世纪的欧洲，是封建君主为了奖励发明而独占给发明人的特权。进入19世纪，越来越多的国家制定了专利法，从制度上保护发明人的利益。在专利制度的保护下，欧美的研究成果不断涌现，发明者的积极性也不断高涨。专利制度的完善和发展促进了科学技术和经济的发展。
张德彝谈到了英国的制造业，他认为，英国之所以能够发明和制造精巧的东西，重要的原因是政府的大力支持。英人凡见物不适用或适用而意未早，便尽心增长见闻，不惜工本，不畏艰难遍试诸法。每当发明了新机器或掌握了制造方法，就能独占其利，其他人都不会模仿。因此，英国有专门管理新发明的担保公司。
以张德彝看，外国成立的保制公司相当于中国的户部、工部，“楼内存贮大小器皿百万万件，每器粘签，上书年月暨造者名姓。凡炮台、火轮、机器，以及这些须玩物如风筝、纸人、绫花、磁果等，无不具备。”像这样，欧洲国家不仅保护火轮和机械这样对国家计划有重要意义的发明，也保护像风筝和纸娃娃这样的小玩具。英国人做了好几十年，“则以告诸保制公司，验之果济于用，则给以文凭，共保若干年，禁止他人私摹其式。”
保修期从五六年到二十年不等，在此期间不允许他人模仿，如果想模仿，就要向发明者支付一定的费用，否则会受到处罚，即使是私人使用也会被告发，“近有妥玛士者，筹得利炮新法，不获见收于官，官中实阴用之。妥玛士以控刑司，卒断令国主赔给金钱六千。”这是西洋凡人的技能，即使是朝廷也不能凭势力夺人之物。
正因为如此，人才会去创造。西方许多创造者中也有穷人没有力气制造东西或没有力气自己制造者，这时可以把它卖给富人和穷人由此利益颇丰。
专利制度对发明者来说是有益的，因为发明而致富的人遍布欧洲。洋人凡能在格物化学中思新法，便可以此牟利发财，“苟有所得，经官查验，确实有益，准其施行，则既不负所学，而一生亦吃着不尽矣。”故国的人热衷于品味东西的学者不分昼夜，究其道理。薛福成也认为西方的制造技术建立在数学、物理、化学等自然科学的基础上，人们讲究格致，实事求是。
凡创新器，报馆验证，有用则赐证，专享其利。国家既给凭单之后，凡购物之费，大较筹制器价者什八，筹创法价者什二。
故或有以窭人崛起，或家财素裕，因攻新艺而致贫困，俄复富拟王侯者。”即使用尽才智，倾尽累世家产，也要致力于发明，因为发明成功会带来巨大的利益。火车、电报和机械的发明不是一朝一夕就能完成的，而是需要几代人的努力。欧美国家鼓励研发，对研发成果采取积极的保护政策，发明人的垄断利益极大地激发了创造者的热情。
反观中国，此兴一艺，他效之;此为一业，彼为夺之，“往往有缔造者大受折阅，摹袭者转获便利者矣。而一、二千年以来，亦竟无一人，研精阐微，为斯民辟妙用，为天下扩美利者。”由此可见，中国政府没有采取保护发明的措施，严重阻碍了创造者的研究开发热情。总之，西方国家富强的根源在于创造了很多东西，而创造的东西多，是因为有国家制度的保护，人们都愿意创造创意。
驻外公使身在异国，也见到了西方通过发明致富的人。火轮车是西方国家使用比较频繁的交通工具之一，行驶速度很快，大大缩短了距离。但是因为它的速度太快了，“轮铁迅激，辄生火焰，而车被焚。”阿什巴利的父亲是英国人，他竭尽全力创造了新的法律。制造油使之凉爽，延长火车的行驶时间，使车轮不发热。父亲因此获得了很多利益，家里也因此成为了大富豪。英之富家，如是者比。
薛福成初到英国时，亦闻有美国人想得灯之妙法，但因本国售价不高，于是专程到英国保制公司求特许，保制公司为其估价英金3万5000英镑，那个人是豪富。驻美公使崔国因也认为，专利制度是西方国家对发明的奖励，发明人可以通过专利制度获得名利。“其得也，则献之国家，国家给以凭据，二十年内不准他人摹仿，则其人暴得名而致富，如中国善制艺而取科名也……风气如此，宜其巧不可阶哉!”由此可见，西方国家劳动富裕的人多，其国民的心思和财力，聚集于此，发明越来越求新益新。
小结
两次鸦片战争之后，清朝面临着内忧外患的局面。在西方“坚船利炮”的威慑和落后挨打的刺激下，清政府和一些权贵开始寻找富国强兵之路。洋务派积极主张发展新型工业，增强国力，掀起学习西方先进科学技术的浪潮，故驻外公使出国后重点关注西方先进科学技术器物，器物的“工具”性的重视价值。随着认知的加深，驻外公使发现西方科学技术先进的根本原因是科学技术背后的自然科学知识，对西方科学技术的认知从器物功能层面到学理层面都很深入。
科学技术的发展促进了学校教育的改革，从神学、逻辑教育转变为实科教育，自然科学知识成为西方学校教育的重要内容。国民从小学开始接触自然科学知识，大学里有专门的技术学院，可以培养国家需要的专门人才。西方重视资本主义工商业的发展，追求财富的增加，对科学技术提出了更高的要求，对数学、物理学、天文学等学科提出了更高的要求，出现了科学家集团，并得到了社会的认可。
随着科学家团体的壮大，科学家之间的交流也变得活跃起来，科学社团也随之兴起。驻外公使详细考察了西方科学社团的规模、社团活动，对西方科学社团的认知更加本质、深入。
驻外公使了解到西国科技先进的根源后，主张改革中国教育，并引进西方先进的管理制度，把对西方的学习内容从器物层面扩大到学理层面。清末民初，经过器物层面科学技术的引进和学理的引进，西方近代科学的自然知识和科学技术成果全部被引进中国。