第一节 新型科研组织和机构的建立与影响
现代新型的独立科学组织与机构，不仅是现代科技自身发展的需要，也是反映这种发展程度的一个重要标志。
在我国，这种独立组织与机构的出现，是在民国时期。首开风气的是创立于民国之初的中国科学社。到20世纪20年代中后期，大规模的官办科研机构如中央研究院、北平研究院、静生生物调查研究所等也相继建立。至此，我国的自然科学事业，逐渐步入了体制化、规范化的发展轨道，与此同时，各门学科发展的速度也明显加快。
一、中国科学社与新文化运动对科学的推动
伴随着封建帝制的推翻与民国的创建，实业救国，科技救国的思潮在神州大地上广为蔓延，上自总统孙中山，下至普通知识分子，都热心于兴办实业，发展科技，以实现近百年来的救国、强国梦。我国早期的现代科学组织，就是在此背景下逐渐建立起来的。其中，最为突出的是中国科学社。
1914年6月，在美国康乃尔大学就读的中国留学生任鸿隽、胡明复、秉志、赵元任、杨铨、胡适、周仁、章元善、金邦正、过探先等人，受国内形势的鼓舞，决定成立一个独立的科学组织。
为了扩大宣传，制造舆论，他们首先集资编印了一份《科学》月刊，先是在国外发行。1915年1月，在他们的努力下，《科学》杂志又移办国内，正式同国人见面，成为了民国第一份有影响的自然科学专刊。
经过一年的筹划，1915年10月25日，中国科学社举行了成立大会，任鸿隽等5人当选为董事会理事，并由任氏兼任社长。
从学社的成立及早期工作来看，留学生起着主导作用。这也是整个民国时期我国现代自然科学发展的一大特点。各大组织、机构以至各门学科的开创者，几乎都是从国外学成归国的留学生们，他们不仅直接推动了我国的现代自然科学的奠基，还培育、影响了大批后继者，为现代自然科学事业的持续稳步前进铺垫了坚实的基础。
中国科学社一创立，便明确提出了自己的宗旨——“联系同志、研究学术，以共图中国科学之发达”。为此，他们将总部由美国迁回国内，并广泛联系社会各界知名人士，以壮声威。著名实业家张謇及美国大发明家爱迪生均成为了它的名誉社员。
学社内部按专业类别分工管理，到1919年，已有农林、生物、化学、物理、数学、土木、经济、机械、矿冶、医药等专业学科，研究队伍也不断壮大。
为了进一步扩大影响、促进学术，中国科学社还定期举行年会，大力开展各类学术咨询与演讲活动。其中，在江苏南通举行的第七次年会，规模宏大，气氛热烈，产生了极大的社会反响。一大批社会各界知名人士如梁启超、蔡元培、张謇、马良、熊希龄等都应邀加入了学社董事会。
学社十分重视国际间的科技交流，先后多次派代表参加当时的国际科学会议。如1926年8月，著名植物学家张景钺便受派前往美国参加在绮色佳举行的国际植物学大会。3个月后，学社又选派著名气象学家竺可桢前往日本东京参加泛太平洋第三次科学会议。同时，学社还积极邀请国外的科学家前来中国讲学，传递世界先进科技成果。中外科技交流得以不断扩大，学术上的闭关自守局面进一步被打破，这成为民国时期我国现代自然科学事业发展的一个显著特色。此后，许多在国外久富盛名的科学家，如量子力学的创始人尼·玻尔，美国生物学界的泰斗尼登等，都曾前来中国讲学。国内学者如著名数学家华罗庚、物理学家张宗燧等，也都曾受派赴欧美留学、访问，归国后，便成为各自学科的骨干力量。事实上，民国自然科学的许多学科都是在直接吸收西方先进科技成果的基础上，才获得了迅猛的发展。随着中外科技交流的扩大，我国的自然科学事业已经逐渐融入到世界科技发展的洪流之中了。
大力创办专业刊物，向国人传播科学基础知识，是中国科学社的又一重要活动。除已有的《科学》月刊外，学社又先后创办了《科学画报》、《论文专刊》、《科学丛书》及《科学译丛》等专门刊物。截至1950年，仅社刊《科学》上，就刊载了国内各领域研究人员的论文3000余篇。
中国科学社是我国成立最早的现代意义上的独立自然科学研究组织，它的创建，堪称我国现代自然科学史上的一件大事。
中国科学社成立不久，五四新文化运动就爆发了。这场伟大的思想启蒙运动，对我国现代自然科学的发展产生了极其深远的影响。首先，这一运动广泛深入的开展，为自然科学的发展创造了良好的思想氛围。它极力强调科学的实证性，功利性，把科学看成是救国救民，解决一切问题的灵丹妙药，“科学万能”，“科学救国”之说一时高唱入云，它是科学功利性与时代需要的最高结合。这种认识虽有不切实际之处，但却大大增加了人们追求科学的热情，激励着无数青年献身于科学事业，成为其勇攀科学高峰的强大信念。同时，它强化了科学活动的主体人的现代性，即自主性、自强性、进取性、参与性和开放性，又为科学的发展造就了基本的思想前提。
其次，五四启蒙运动对科学的倡扬，还直接推动了民国自然科学的发展。新文化运动者们在大力弘扬科学精神的同时，努力做输入西方科学，大力普及科学知识的工作。在这方面成绩最突出的是前文所提到的《科学》杂志。《科学》本着专精与普及相结合，介绍科学原理与实用知识并重的办刊方针，采用横排和新式标点，对世界科技进行了广泛的宣传介绍。尤其可贵的是，它还刊发一篇篇专论，如《科学与工业》、《科学与教育》、《科学与德行》等，具体阐述了科学对振兴民族的巨大作用，并探讨了中国科技落后和人才培养等问题，一时赢得海内外的广泛赞誉，成为民国成立以后行销最广的学术刊物。
这一时期，除了像《科学》这样的专门性刊物外，《东方杂志》、《时事新报》副刊《学灯》、《晨报》、《新生活》等刊物都纷纷设有“科学杂俎”、“科学丛谈”、“科学新谈、科学世界”、“科学常识”等专门栏目，致力于科学的传播和普及工作。
就内容而言，给20世纪的科学带来革命性变化的相对论、量子力学、放射性原理、摄像术、显微镜等重大成果此时都被介绍到中国。这种介绍和宣传，使五四时代的中国人对西方科学有了一个比较系统的认识，增强了科学意识，也为致力于中国科学事业的人们提供了可资借鉴的理论和信息。
与此同时，众多的自然科学新学科也相继建立：李四光的地质力学，竺可桢的地理学在中国为首创；科学社的生物研究所开创了中国动物分类学、遗传学、生理学、动物解剖生理学、植物细胞学、育种学等分科。著名数学家熊庆来回国后，建立清华大学和东南大学数学系；竺可桢建起中国第一个地理系——东南大学地理系；秉志则创立了中国第一个生物系——南京高师生物系等。
五四后期，科学与人生观论战爆发。在这场论战中，科学派有力地维护了科学的大旗，批判了那些将欧洲大战归罪于科学破产的谬论，对科学研究起到有力的促进作用。翁文灏轰动地质学界的燕山运动理论的提出；物理学上，吴有训对康普顿散射问题引人注目的研究；化学上陈克恢对麻黄素药性的研究受到国际化学界瞩目的探讨，都是在这一时期完成的。
1935年，胡适在中国科学社成立20周年大会上说：“在此20年中，为文化上辟出一条新路，造就许多人才，要算在中国学术上最得意的一件事”，此话完全符合实际。
由于全方位引进西方科学、创建了一批新学科和科研机构，加之在教育体制改革中将自然科学置于教育的核心地位，并造就了一支初具规模的科技队伍，因而也就基本奠定了中国现代自然科学发展的基础。可以说，五四时期乃是中国现代自然科学的奠基期。
二、中央研究院与民国科学的发展
南京国民政府成立至抗战前，是民国自然科学的快速发展期。这一时期对科学发展起到极大推动作用的科研机构，首推中央研究院。
中央研究院
中央研究院成立大会
1928年6月，中央研究院正式宣告成立。这是我国有史以来第一个现代意义上的官办国家级专门科研机构。
根据蔡元培1935年在国民党四届六中全会所作的报告，中央研究院是全国科研机构的中心，它有两项使命，即进行科学研究并负责指导、联络、奖励学术的研究。各方面的学术成果和研究项目的评估也是由其下属的各研究所所长及从各名牌大学中聘请的一些教授组成的评议会来开展，评议的结果便作为奖励与基金分配的根据。
蔡元培担任院长期间，广泛搜罗人才，成立各种研究所，并大力扶植诸如中国科学社这样的科学事业团体，到1930年，研究人员已近200名，研究所则有物理、化学、工程、地质、天文、气象、心理、动植物、历史语言、社会科学研究所等，但主要以自然科学的研究为主。
研究院通过评议会等各种手段，极力促进国内外学术研究的合作与互助，先后将一大批从国外归来的留学生网罗和安排到全国各类科学组织中工作，在组织、联络和指导全国的科研工作方面，成绩卓著。研究院还设出版品国际交流处于上海，加强与国外学术界的交流，极大地推动了我国科学与世界接轨的步伐。
中央研究院成立后，以纯粹科学和应用科学兼顾，传播西方科学新知和本土化科学的研究并重为其特色。天文研究所从事天文观测、推步研究，并旁及中国古代天文学；地质研究所发现我国第四纪冰川遗迹，并在庐山设有陈列馆，陈列冰川地质标本，从事于地层、古生物、矿物、岩石及应用地质等项研究；植物研究所采集和购置的标本达20余万号，从事高等植物分类及藻类、真菌、森林、植物生理、病理植物形态和细胞遗传等项研究；动物研究所除采集了大量昆虫、鱼类标本外，重点研究了鱼类学、昆虫学、寄生虫学、原生动物学和实验动物学五大类；工学研究所则致力于钢铁、陶瓷、玻璃、工业材料的研究、试验与试制。物理学研究所和化学研究所也颇有成绩，前者进行电磁、应用光学、地磁等各项研究，并从事物理仪器制造；后者以对分子光谱，繁醇类男女性内泌素的综合，天然有机物的提取与制造等问题的研究用力尤多。总之，自中央研究院成立后，所属各研究所都蓬蓬勃勃、卓有成效地开展起了各自领域的研究工作。
1929年，国立北平研究院正式成立。这是当时中国仅次于中央研究院的科研中心。它起初规模较小，只有理化、生物、人地三大部，后迅速发展为物理、化学、镭学、药物、生理学、植物学、地质学、测绘学等9个研究所及一个经济研究会，与南京的中央研究院遥相呼应。
中央研究院及北平研究院的成立，是我国现代自然科学发展史上一个具有转折意义的重大事件，它标志着我国的现代自然科学事业经过几代人的努力，最终走上了体制化发展的道路。
除中央研究院及北平研究院外，其他同类机构如实业部北平地质研究所、中央农业实验所等也纷纷出现，一些重点院校如北京大学、清华大学、中山大学、武汉大学、南开大学、燕京大学等也都设立了研究院（所）。至1935年，全国各类专门的科研机构已达73个，至1949年更是高达190多个，几乎涵盖了现代自然科学的各大基础学科。
在中央研究院等科研机构的组织和带动下，我国的自然科学事业此后10年间的发展较前一阶段明显加快。地质学方面，李四光在此前研究的基础上，进而提出东亚地质七种类型构造新说，震惊世界地质学界；生物学领域进步尤速，陈焕镛和胡先骕的许多重要成果如《中国植物图谱》等均完成于此期，菌类研究队伍在此期空前壮大，第一部系统全面的昆虫学理论著作也得以出版，陈桢则完成了他对蚂蚁行为的出色研究；物理学上，吴有训对单原子和多原子气体的探研，黄子卿对水三相点精确值的测定，严济慈的光学研究和赵忠尧的核物理研究，都取得了世界瞩目的成果；全国性的数学会和化学会均于此期成立，江泽涵关于拓扑学的研究闻名中外；天文、气象学及其事业在此期也得到重大发展。著名天文学家陈遵妫、张钰哲的主要研究成果纷纷问世，号称“东亚最新式”的南京紫金山天文台在此期落成，气象学大师竺可桢和蒋丙然在民国期间最重要的气象学论著，也于此期发表。
抗战之前的10年，的确堪称民国自然科学史上的一个“黄金时期”，它与国民政府对科学一定程度的重视是分不开的。以南京紫金山天文台的建设为例，它占地47亩，耗资19万元，主要设备均由国外购进，要是没有政府的财力支援，显然难以很快建成。正因为得到了政府的重视和支持，我国的天文台水平才一下子跃居当时的东亚之首，从而为天文学事业赶超世界先进水平创造了条件。
抗日战争爆发后，中国的自然科学事业进入了艰苦创业、奋发图强的发展阶段。一方面，位于战火前沿的平、津、宁、沪、杭以及冀、鲁、晋、湘、鄂、粤、桂等省市的科研机构，科技人员纷纷向大后方转移，即实行所谓“科学内迁”。在这一“保存民族国脉”的“漂泊”式内迁中，中国科学界付出了巨大的牺牲，图书仪器设备乃至科学家的身心，都受到了严重的损害。[2]另一方面，全国各科学研究机构云集大后方，又为日后科研工作创造了合作研究、密切交流的有利条件，在一定程度上使西迁过程中所遭受的图书资料仪器设备的重大损失有所弥补。
这一时期，大后方的自然科学研究活动具有以下四个方面的显著特点。
第一，内迁后的各院所在不放弃原有科研项目的基础上，纷纷调整研究重心，将主要精力放在应用科学的研究上面。1938年，国民党临时全国代表大会通过的《战时各级教育实施纲要》就指出：“对于自然科学，依据需要，迎头赶上，以应国防与生产之急需。”科学家们根据抗战需要，自觉地完成了科研方向的调整，特别注重科学在国防军事及工业生产方面的应用研究。如化学研究重心转向硝酸、纤维、汽油、酒精、橡胶等方面；物理学则直接注重其在军事上的应用，昆明的北平物理研究所“已经几乎全部改作战争物品的生产”，大量制造显微镜，[3]等等，同时，科研也很自觉地结合西南西北大后方的资源开发，以支援后方工农业的建设。这种战时科研转向是时代的趋势，但随着时间的推移，其弊端也明显暴露出来，正如朱家骅所说：“对于纯粹科学，大学兴趣减少，一切都讲应用，似太过分注重应用科学，而忽略了理论的研究。”英国科学家李约瑟也曾对此种倾向提出过善意的批评。
第二，内迁后的科研院所普遍注重实地科学调查，科学考察因之蔚然成风。特别是地质和生物学因学科自身的特点，更是如鱼得水，找到了战时科研的最佳途径，获得了大量第一手的资料和标本。
第三，战时大后方科研普遍采取合作研究的形式，注重各学科间的横向联合，科研能力因此得到强化。
第四，中外科技交流异常活跃，特别是同英美科学界的交流卓有成效，这与李约瑟领导的中英科学合作馆的出色工作是分不开的。这一时期，中国科学家的许多成果，都是通过他寄往国外一流科技刊物发表。
整个抗战时期，中国科技研究在经费，资料，设备严重不足的困境之下，仍然取得了巨大成就。当时大后方的科学家曾这样自豪地评价自己的成绩：“这七年间的科学进步与贡献，比起过去30年来，在质在量皆有增无减。”[4]这种评价应当说是符合事实的。
据统计，抗战时期，大后方出版的科技刊物总计在100种以上。仅通过李约瑟主持的中英科学合作馆推荐介绍到国外发表的学术论文在1943年就有30篇，1944年和1945年增加到108篇，其研究内容涉及数、理、化、工程、气象、地质、生理、动植物学等众多学科。这些论文比较全面地反映了当时大后方各门学科的研究成果，它们大多发表在国外一流科学期刊，如英国的《自然》、《科学》等杂志之上，138篇论文中被采用的论文占总数73％，经退回修改后被录用的论文占12％，实际上论文被采纳的比率是85％。这个数字表明当时中国的科技研究已达到世界水准。
这一时期，各门学科都有重要收获和进步，物理学方面有张宗燧关于理论物理的开创性研究，王普对核物理中热中子的出色探索；数学方面，陈省身在微分几何上取得突出成绩，华罗庚在华林问题和哥德巴赫猜想问题上有举世瞩目的进展。化学方面则出现了“黄鸣龙还原法”和侯德榜震惊化工界的联合制碱新理论等。从1941年开始，教育部学术审议委员会开始评选杰出的科学成果，并予以奖励。到抗战结束时为止，共举办了5届优秀成果奖，自然科学和应用科学获奖者达114人之多，并呈逐年上升趋势。这些获奖成果基本上反映了战时大后方科技工作的最高水平。
在中国共产党领导的陕甘宁边区，由于政府初步实行了新民主主义的科技政策，自然科学的研究事业也得到了初步开展。几百名科学家、工程师及医生在艰苦的战争岁月里奔赴延安，在用自己的科技为军民服务的同时，也发展着科技。1938年5月，自然科学研究院于延安成立，李富春任院长。两年后，陕甘宁边区自然科学研究会也宣告创立，吴玉章任会长，其他如国防科学社，边区国医研究会等也纷纷建立起来。为配合边区军事斗争和经济建设，他们还进行了许多有益的资源考察与研究工作，在一定程度上为日后的发展奠定了基础。
战时中国后方科技在艰苦的条件下仍能有相当的发展，除了前期的科技积累（包括现代科技体制的确立，基础设施建设和人才成长诸方面），政府的支持等原因外，还有两大因素不容忽视：一是中华民族的抗战和大后方经济发展对科技提出了强大的社会需求，正如恩格斯所说的：“社会一旦有技术上的需要，则这种需要比十所大学更能把科学推向前进”[5]。因此从这个意义上说，中国人民正义的抗日战争推动了战时大后方科学技术的迅速发展；二是蕴藏在广大科技人员身上的巨大的爱国热忱和献身精神，成为加速科学进步的直接动因。据赫景盛的《抗战七年来之科学》记载，当时“科学家为了国家的富强，民族之生存，社会之建设，真是个个都能守着岗位，埋头苦干，无论生活环境困苦到何等地步，仍然按部就班，在那里努力工作”[6]，这种精神力量的推进作用是无法估量的。
总之，民国时期，我国的自然科学都经历了从传统到现代、从无到有的发展变化。其中地质学、生物学起步较早，发展最快，而作为现代科学基础的数理化发展却相对缓慢。究其原因，除了近代国人与政府的实用心理作用之外，与客观的物质条件也有关系。地质和生物学可以较多地利用自然条件，数理化则更需要复杂精密的实验设备，而当时我国的各高校和研究机关的设备大多极其简陋，无法胜任，因此很多成果、尤其是较重大的成果往往只能在国外获得，或部分地依赖于到国外进行实验，成果完成后也一般只能在国外的刊物上发表。当然还有更深刻的原因存在。那就是数理化学科需要强大的工业作基础，而在民国，由于帝国主义的压榨和官僚资本主义的垄断，我国的民族工业发展举步维艰，主要工业区都分布在沿海及长江的几个口岸，工业化水平低下，由此使得数理化发展后劲不足，速度明显受到影响。