指南针 (compass)

中国的四大发明之一指南针(compass)是用来辨别方向的工具，发明时间最早可以追朔到战国时代（西元前475年-西元前221年），当时人们已知道利用天然的磁石雕琢成一个勺子的形状，并放在刻有方位的盘上，因为勺柄有指南的作用，所以在那时候又称为司南，也是指南针的前身，经过一千多年后，直到宋朝（西元960-1279年）才有我们现在所谓的指南针。在指南针发明前，古人办别方向是以星象为主，但要是遇到天气不好的时候，大家也就没辄了，指南针被发明后，人们除了把它广泛的运用在航海上，对于国与国之间贸易和文化往来也产生很大的影响。

火药 (gunpowder)

火药(gunpowder)被列为中国的四大发明之一是如何起源的呢？首先我们将火药这一词按字义来分析，有火中之药的暗喻，应跟药物有关。从历史的角度来看，在战国时代（ 西元前475年-西元前221年），神仙之学盛行，当时崇尚道家之士为了寻找一种长生不老的药, 便从自然界中收集一些矿物和植物来研制炼丹。

火药中主要的材料为硝石、硫磺和木炭，由神农本草经中提到硝石和硫磺皆为药品，据此推测火药发现之初，应与用药有关。 再加上从矿物中粹取所需之物质还得依赖纯熟的冶金技术，所以不管是炼丹或是在冶金过程中，混合物会产生化学变化。因此由日积月累下来的经验，古人虽然没有研究出长生不老的药或得到金银财宝，不过倒是发现了制作火药的配方。

在中国的历史上，火药被发现之初并不是拿来当做作战的武器，大约在三国时代（西元220-280年） 人们把火药的配方制成庆典用的鞭炮，今天世界各地都在使用鞭炮或烟火来庆祝重要的日子，而中国人已经使用了将近两千年的历史。火药真正被用在军事用途上要从唐朝末年（西元904年）算起，当时叫做“飞火”，也就是类似火箭和火炮，到了宋、元时期（公元960年～公元1368年）火药已广泛的被用在军事上。

纸 (paper)

“纸”为中国的四大发明之一，在文字发明以前，中国人就开始用结绳的方法记事。文字发明以后，记事的方式随著时代的演进而发展出不同技术和风格。如约在西元前16世纪～前10世纪的商代和西周早期发现的「甲骨文」便是把文字雕刻在龟甲和牛骨上，比甲骨文稍晚出现的「钟鼎文」因商周时代的铸铜技术发展成熟，自然而然的把文字铸刻于青铜器上，西元前4世纪-西元前2世纪春秋末期的竹简和战国时代的缣帛也成为当时记载书契的工具，可惜的一点是竹简体积大又重，携带起来很不方便，缣帛虽然轻便多了可是昂贵的价格并不是一般人能负担的起，到了西汉初期（西元前2世纪）出现了最早的植物纤维纸叫做灞桥纸，其纸质相当粗造，不适用于书写。

直到东汉时期（西元25-220年）的蔡伦可以说是造纸之父和资源回收的先锋，他改进了造纸的技术（西元105年），让纸张用于书写的功用更为普及，当时他以树皮、麻头、破布头、和废鱼网做为材料，其制纸过程得先将树皮、麻头、破布头、和废鱼网切碎后，加水浸溼，再把石灰和上述的混合物捣烂蒸煮便成为纸浆，然后还要经过抄纸的手续，将细竹帘轻轻的筛过纸浆后会出现一层薄薄的纎维，再透过压纸脱水的过程，烘干后就是一张柔软的纸。

活字印刷术（moveable type printing press）

纸的发明便利了文字的记载，印刷术的发明加速了知识文化的传播。中国印刷术的演变从早期费力又耗时的摹印、拓印、雕板印刷和直到北宋时期才由一位平民布衣毕升(Bi Sheng)(约西元990-1051年）在西元1041-1048年之间发明了简单又方便的活字印刷术（moveable type printing press）所取代，此技术的发明改进了以往印刷术的缺点，他的发明让原本无法任意删改文字的雕板印刷变成可随需要而调整文字位置的活字印刷术，增加印刷技术的灵活度。

宋代科学家沈括曾在《梦溪笔谈》(Dream Pool Essays)中提到活字印刷术的制作方法和过程：<其法，用胶泥刻字，薄如钱脣，每字为一印，火烧令坚.........>

先把胶泥的尺寸规格统一并把字体刻在上面，字体厚度薄如硬币，用火把胶泥烧硬成活字，每一字可重复多做几个活字以备排版之需。排版用的铁板一般会备置两个交换使用，要排版时先在铁板上覆盖一层松脂、腊和纸灰之混合药剂，再将铁框置于铁板上，把需要用到的活字放入铁框内排版，排满一版时便入火中烧烤，待药剂稍熔化后，用一平板平压在活字版面上，等药剂冷却后，版型固定工整，若要大量印刷时，速度极快，只要在活字版面上刷上墨汁再覆上一层纸轻压即成，若印制完成不须再使用时，只要把铁板入火中稍烤待药剂软化后便可取出胶泥活字。

毕升的活字印刷术被列为中国的四大发明之一，而西方的活字印刷术在400年后大约西元1453-1456年间才被德国的约翰古腾堡发明。