元世祖忽必烈即位以前，就重視吸收漢族的讀書人，幫助籌劃朝政大事。他重用一個漢族謀士劉秉忠。忽必烈稱帝和定國號為元，都是劉秉忠的主意。后來，劉秉忠又向忽必烈薦引了一些朋友、學(xué)生，也一個個擔(dān)任了元朝初年的重要官員。其中有一個是元代著名科學(xué)家郭守敬。郭守敬是邢州(今河北邢臺)人。他祖父郭榮學(xué)識淵博，不但通曉經(jīng)書，對數(shù)學(xué)、天文、水利等都有研究。郭守敬少年時候，在祖父的影響下，對科學(xué)發(fā)生濃厚的興趣。那時候，劉秉忠和他的朋友張文謙等正在邢州西南紫金山講學(xué)，郭榮把他孫子送到劉秉忠那里學(xué)習(xí)。郭守敬在那里認(rèn)識了許多愛好科學(xué)的朋友，學(xué)問就長進(jìn)得更快。忽必烈統(tǒng)一北方以后，為了發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，決定整治水利，征求這方面的人材。張文謙把郭守敬推薦給忽必烈，忽必烈很快就在開平(今內(nèi)蒙古正藍(lán)旗東)召見郭守敬。郭守敬對北方水利情況十分熟悉，當(dāng)時就提出六條整治水利的措施。忽必烈聽了十分滿意，每聽完一條，就點頭贊許。最后，他很感慨地說：“讓這樣的人去辦事，才不會是擺空架子吃閑飯的呢。”接見以后，就派郭守敬擔(dān)任提舉各路河渠的職務(wù)，經(jīng)辦河道水利的事。過了兩年，郭守敬又被派到西夏一帶去整治水利。那里經(jīng)過多年戰(zhàn)亂，河道淤塞，土地荒蕪，生產(chǎn)遭到嚴(yán)重破壞。郭守敬到了西夏，經(jīng)過詳細(xì)勘察以后，發(fā)動民工疏浚了一批原有的渠道、水壩，還開挖了一些新河道。不出一年時間，這一帶九百多萬畝農(nóng)田灌溉暢達(dá)，糧食豐收，百姓的生活也都改善了。為了加強大都到江南的交通運輸，忽必烈又派郭守敬去勘測水路交通情況。經(jīng)過郭守敬的勘測、設(shè)計，不但修通了原來的運河，還新開鑿了一條從大都到通州的通惠河，這樣，從江南到大都的水路運輸，就暢通無阻了。元世祖滅南宋以后，更加重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的恢復(fù)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要利用歷法。過去，蒙古一直使用金朝頒布的歷法，這種歷法誤差很大，連農(nóng)業(yè)上常常使用的節(jié)氣也算不準(zhǔn)。元朝征服江南以后，南方用的又是另一種歷法，南北歷法不一樣，更容易造成紊亂。元世祖決定統(tǒng)一制訂一個新歷法。他下令成立了一個編訂歷法的機構(gòu)，名叫太史局(后來叫太史院)。負(fù)責(zé)太史局的是郭守敬的同學(xué)王恂。郭守敬因為精通天文、歷法，也被朝廷從水利部門調(diào)到太史局，和王恂一起主辦改歷工作。修訂歷法工作一開始，郭守敬就提出：研究歷法先要重視觀測，而觀測必須依靠儀表。原來從開封運來的有一架觀察天象的大型渾天儀，已經(jīng)陳舊不堪，得不到可靠的數(shù)據(jù)。郭守敬設(shè)計一套新的儀器。他覺得原來的渾天儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不方便，還創(chuàng)制了一種結(jié)構(gòu)比較簡單、刻度精密的簡儀。他制作的儀器，精巧和準(zhǔn)確程度都比舊的儀器高得多。有了好的儀器，還要進(jìn)行精確的實地觀測。公元1279年，郭守敬在向元世祖報告的時候，提出在太史院里建造一座新的司天臺，同時在全國范圍進(jìn)行大規(guī)模的天文測量的打算。這個大膽的計劃馬上得到元世祖批準(zhǔn)。經(jīng)過王恂、郭守敬等一起研究，在全國各地設(shè)立了二十七個測點。最北的測點是鐵勒(在今西伯利亞的葉尼塞河流域)，最南的測點在南海(在今西沙群島上)，選派了十四個監(jiān)候官員分別到各地進(jìn)行觀測。郭守敬也親自帶人到幾個重要的觀測點去觀測。各地的觀測點把得到的數(shù)據(jù)全部匯總到太史局。郭守敬根據(jù)大量數(shù)據(jù)，花了兩年的時間，編出了一部新的歷法，叫《授時歷》。這種新歷法，比舊歷法精確得多。它算出一年有365.2425天，同地球繞太陽一周的時間，只相差26秒。這部歷法同現(xiàn)在通行的格里歷(即公歷)一年的周期相同。但是郭守敬的《授時歷》比歐洲人確立公歷的時間要早三百零二年。