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求学期间，他除学习八股文外，还学习和钻研天文、地理、测量、数学等科学书籍。他学识渊博，除精通史籍，兼通天文、历数、工艺制造，尤精于火器制造。道光二十三年，他据其化学实验及其实验结果，写成《自来火铳迭法》一书，其主要内容是研究雷管作为火器起爆装置，他用的起爆药是硝酸银，虽比欧洲晚了十余年但属于独立的研究成果，是中国起爆进程发展史上的一个重要里程碑，他此后又从事手捧雷、地雷等新式火器的研制。道光年间，他与丁拱辰合称“南北二丁”。在制船方面亦有专长。