郭守敬，號若思，南宋理宗趙昀紹定四年（1231）出生在邢州的邢臺縣，也就是現在的河北邢臺縣。河北邢臺，歷史悠久，相傳殷王祖乙曾遷都于此。周代的時候，在這里建立了邢國。經漢、唐的發展，到宋代設邢臺縣，屬順德府。邢臺依山傍水，有開礦鑄鐵、灌溉農田之利，而且位居南北交通要道，社會經濟富裕，文化也比較發達。

13世紀初葉，我國北部主要為金朝所統治，南方則處在南宋王朝統治之下。金朝統治地區的北部，過著游牧生活，處于氏族部落后期的蒙古族部日益強大，勢力不斷向外擴展。1206年，成吉思汗統一蒙古各部，建立蒙古汗國，隨后興兵南下攻打金朝，1214年，成吉思汗率兵進逼金京中都（今北京市西南部）北郊，金宣宗完顏珣自中都遷都到開封。第二年，多謀略善領兵的成吉思汗便率兵占領了中都，改稱燕京。五年后的1220年，蒙軍攻占邢臺，1229年，成吉思汗死后，他的第三子窩闊臺繼位。6年后，蒙古與南宋合兵，攻下蔡州（今河南汝南），滅了金朝，流一了整個北方。

此后，蒙古政權與南宋政權相峙數十年，成吉思汗第四子拖雷的長子蒙哥于1251年當上大汗后，將大漠以南領土上的軍國大事交付給了自己的弟弟忽必烈，于是我國北部當時便處于忽必烈的統治之下，忽必烈在1260年蒙哥死后搶位自立為大汗，依中原的制度稱皇帝，并開始采用年號紀年，稱為中流。中流五年（1264），又改年號為至元元年，并在至元八年（1271）正式建立國號，稱為“大元”。不久，元兵繼續南進，滅南宋，于至元十六年（1279）完全平定了南方。從此南北統一，應了那句“天下大勢，合久必分，分久必合”的古話。統觀這段金末元初的歷史，我們可以看到，郭守敬就是在元朝統治下出生和成長的。值得一提的是，當時元朝的統治者忽必烈，既是一位善于領兵打仗的軍事家，也是一位頭腦開明，有遠見卓識的政治家，在完成南北統一大業的進程中，他總是鼓勵農桑，發展經濟，并為此廣招天下賢士，形成了一種尊重知識，尊重人才的意識，這種重視知識和人才的氛圍，對郭守敬日后事業的發展，起到了很大的支持和促進作用，這是后話，暫且不表。

1231年，郭守敬在蒙軍統治下的邢臺出生，他的父親大概在早年就去世了，歷書上也未曾記載，而他的老祖父郭榮，自號“鴛水翁”，卻是一位學識豐富的知識分子。郭榮不僅通曉五經，還精于數學、天文、水利等多種學術，經常和當地一些志趣相投的士大夫們在一起講談學問，在這種知識氛圍中長大的郭守敬，在祖父的言傳身教下，從小就很喜歡學習各種自然科學知識。當別的同齡孩童還只知道嬉戲玩耍時，小郭守敬卻熱衷于觀察周圍自然界發生的各種現象。對書本中講到的一些事物和現象，他總想搞清楚其中的奧妙，不但要“知其然”，還要“知其所以然”。

自制竹渾儀

700多年前的一個傍晚，晴朗的夜空中閃爍著點點繁星，人們都已進入了沉沉夢鄉。卻有一個十五六歲的少年還在自家院子里的一個土臺上借著一盞燈光正在忙碌著什么。他正在擺弄著一個用層疊交叉的竹圈扎成的球形架子。只見他一會兒抬頭凝視星空，一會兒又貓下身子轉動竹球中一根小竹筒對準天上的星座觀測著，一會兒又俯身在土臺上就著燈光在紙上寫著畫著什么……那掛滿汗珠的臉上，神情是多么專注啊！這個十五六歲的少年，就是日后成長為我國杰出科學家的郭守敬。這么晚了，他在干什么呢？

原來，前兩天郭守敬讀到一部解釋《尚書》的古書，書中有一張“璇璣圖”。璇璣是中國古代的一種天文觀測儀器，又叫渾儀，歷代都用青銅鑄造。郭守敬看著這張圖，仔細地研究了渾儀的構造和工作原理，便萌發了要把它做成實物的念頭。首先遇到的問題是用什么材料，用青銅鑄顯然是不可能的，何不用竹子呢？平時郭守敬就喜歡用竹子做一些小玩意、小模型，這些動手的技巧現在正好用上！郭守敬興致勃勃地找來一些竹子，將其剝成竹片、竹絲，按照圖樣扎制起來，可是要將構造復雜的渾儀用竹子做成實物談何容易！郭守敬試了一次又一次，總是不滿意。做好了拆，拆完了再做，郭守敬毫不氣餒，一心一意要將這個竹渾儀做出來。為了解決一些技術上的難題，他冥思苦想，有時候正吃著飯，突然想起了什么，飯也顧不上吃便跑出去繼續做，真可謂是廢寢忘食。功夫不負有心人，一個漂亮的竹渾儀做成了！這個竹渾儀不僅外觀精巧，而且還很實用，可以用來觀測星空，也就有了我們前面所描述的那一幕。

郭守敬恐怕不會知道，這大概是世界上第一個也是唯一的一個竹制渾儀！更為重要的是這具竹渾儀的制作開了他日后發明大量天文儀器的先河。

巧解蓮花漏

也是在十五六歲的時候，郭守敬得到了一幅拓印的“蓮花漏圖”。蓮花漏是北宋科學家燕肅在古代漏壺的基礎上加以改進而創制的一種計時儀器，構造頗為復雜。這種利用滴水來計量時間的儀器由一套水箱（上下匱）、水壺、吸水管（渴烏）、帶刻度的箭等一系列部件組成。蓮花漏的工作原理是采取一套箱壺，使大壺里的水保持常滿，讓水均勻地潑到箭壺里，流速保持穩定，可使插在壺中的下端有浮子的刻箭逐漸上升。讀看箭桿上的刻度讀數，就可知道是什么時刻了。由于水壺的若干部分以及刻箭都仿照了蓮花、蓮蓬和蓮葉的形狀，因此叫做蓮花漏。

我們知道，四季水溫不同，水的黏滯性有所變化，這會影響到水的流速和流量。另外，地球繞太陽公轉，地軸是傾斜的，地球在軌道上的運行在一年中有快慢。因此每天日子的長度是不一樣的！最多可以差到50秒鐘，現在每天用24小時來計時，是取個平均數，叫做平太陽日。為了改善這些差異，蓮花漏壺中使用的木箭，全套共48支，白天和黑夜各用一支，并隨24個節氣變換而更換使用。

燕肅為了推廣他對這種漏壺的改進，曾在許多地方將蓮花漏的圖樣刻在石碑上。因此在宋金時代，蓮花漏流傳得相當廣泛。但在郭守敬成長的動亂時代，到處遭破壞，蓮花漏的實物已經變得極少見了。單憑一張拓印圖，成年人也不容易搞清楚它的構造和工作原理。少年郭守敬得到這張圖后，認真琢磨，仔細研究，很快便將蓮花漏的構造原理弄得一清二楚，講解起來也是頭頭是道。于是，大家都對小小的郭守敬刮目相看，遠鄉近鄰都知道，郭家有個聰明的孩子。事實上，聰明來自勤奮，我們都知道“笨鳥先飛”、“勤能補拙”的古語。并不是郭守敬的天賦超乎尋常，而是他具有善于思考、勤于鉆研的精神。自制竹渾儀、巧解蓮花漏，不過是流傳下來的兩個被人廣為稱道的例子。從中我們可以看出，郭守敬從小就專心致志于學習，肯動腦筋鉆研事物的道理和內在規律，并善于動手從事科學實驗和實踐，這些素質，幾乎是古今中外所有杰出科學家所必備的。

從學紫金山

老祖父郭榮見自己的孫兒如此志于學而篤于行，心中十分高興和欣慰。郭榮有個老朋友叫劉侃，字仲晦，后改名為劉秉忠。劉秉忠博學多能，精通天文、數學、地理、音律和相術。他青年時代由于不得志，到湖北武漢富寧寺當了和尚。后因當時一位高僧海云禪師的引薦，見到了忽必烈，很受器重，成為一名謀士。在忽必烈爭奪帝位、統一中國的征戰中，劉秉忠出謀劃策，推行文治，薦舉人才，功勛卓著。

劉秉忠原是與郭榮很談得來的好朋友，郭榮對他的博學多識十分欽佩。大約在1250年前后，劉秉忠因喪父回鄉守孝三年，金末元初，北方民間講學之風盛行。雖在戰亂年代，各地卻常有一些志同道合之士，聚在一些研討學問，守孝期間的劉秉忠，同老朋友張文謙、張易等人聚會在紫金山講談學問，郭榮認為，這是一個讓孫兒郭守敬開闊眼界、得以深造的好機會，因此在這段時期將郭守敬送到劉秉忠門下去學習。

值得一提的是，郭守敬在紫金山時的同窗好友中有一位叫王恂。王恂，字敬甫，中山唐縣（今河北唐縣）人，他自幼天資聰穎，3歲即能識字，6歲就讀私塾，13歲學習算學，后來也成為一名出類拔萃的天文數學家。在紫金山學習的3年中，郭守敬如魚得水，一面師從良師劉秉忠，一面與志趣相投的同窗王恂結為好友，在天文、算學、歷法等各個方面學問都有很大的長進。尤其是算學，是研究天文歷法的重要工具和基礎。這一段時間的學習，為郭守敬將來在天文、歷法上的杰出造詣奠定了堅實的基礎。