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以文字記載以前時代的考古資料爲研究對象，與以文獻記載時代爲研究對象的歷史考古學相對，是考古學的一個重要分支。也稱史前學或史前史。史前考古學和歷史考古學，都以人類的遺蹟、遺物爲研究對象，但後者可用文獻記載來互證，而前者則完全是不可能的，因此兩者在研究的內容和方法上具有質的差異。
研究範圍史前考古學以史前人類的遺蹟、遺物爲基礎，用考古學的方法來研究當時的文化面貌、經濟形態、社會生活和分期斷代，同時還要結合地質學、古生物學、古人類學和民族學等學科的研究方法，來複原自然環境的變遷、人類體質的發展和社會組織的變化，並通過現代科學技術在考古上的應用，爲分期斷代提供更具體的論據。
史前考古學的出現，突破宗教傳說和文獻記載的侷限性，空前地延長了人類歷史的發展過程。人類和古猿的分化以製造工具爲標誌，這是勞動的具體象徵。史前人類的發展，從低級到高級，一直到文字出現，至少經歷了二、三百萬年的歷程。由於歷史發展的不平衡，史前時期的下限也頗不一致，象美索不達米亞和埃及，早在公元前3000年就進入歷史時期，中國在前16世紀的商代已出現階級國家,歐洲的古典時代開始於前6世紀。有些地區的史前時期則延續時間更長，如新大陸的美洲可晚到16世紀，大洋洲晚到18世紀中葉，這些地區在殖民主義者入侵以前，統屬於史前考古學研究的範疇。
研究簡史有關史前的傳說，在古文獻裏也有所反映，例如前8世紀古希臘哲學家赫西奧德的《勞動與時令》詩篇裏，便把人類的發展劃分成黃金、白銀、青銅、英雄和鐵5個世紀;中國東漢袁康所撰的《越絕書》中也把人類使用的工具，分成石、玉、銅、鐵4個階段,這些只是根據古代傳說而產生的推理敘述。至於從考古學上得到科學的認識，是從19世紀開始的。1836年丹麥學者C.J.湯姆森提出了石器時代、青銅時代和鐵器時代的分期，奠定了史前考古學研究的基礎。1865年英國學者J.盧伯克，又把石器時代劃分成舊石器時代和新石器時代。1868年法國考古學家G.de莫爾蒂耶用考古學方法將歐洲舊石器時代文化進行分期，後來經法國考古學家步日耶的補充修改，直到今天還在沿用。1892年英國學者A.布朗在舊石器時代和新石器時代之間劃分了一個過渡期，稱之爲中石器時代。1877年意大利學者G.基耶裏克提出在新石器時代和青銅時代之間，增加銅石並用時代作爲過渡期。於是史前考古學的時代劃分基本齊備。中國史前考古學開始於20世紀20年代，特別是中華人民共和國建立以來，史前考古學基本上填補了時代和地區上的空白，取得空前的成績。
舊石器時代在這一時代人類開始出現，生產工具以打製石器爲標誌，人類的體質具有原始的特徵。遺存與若干絕滅動物共存,其地質時代屬於更新世,從二、三百萬年前開始至一萬年前爲止。舊石器時代的時間最長，占人類歷史的99.8%。至於所謂在其前，尚有“曙石器時代”或“木器時代”等提法，都缺乏事實根據。舊石器文化在世界範圍內分佈廣泛，由於地域和時代的不同，文化面貌存在相當大的差異，因而有許多不同的文化和分期。關於舊石器時代的劃分，一般採用兩分法或三分法，即下部舊石器時代、上部舊石器時代，或早期、中期、晚期。後者的劃分與人類體質發展的直立人、早期智人、晚期智人3個階段相適應。在這個漫長的時間裏，無論人類的體質還是文化，都是從低級到高級逐步發展。象火的使用，石器工藝的改進,骨、角、蚌器的應用,藝術作品的出現以及意識形態的發展等，充分反映從人類出現伊始，便在同大自然的艱苦鬥爭中不斷地改造世界而獲得生存和發展。歐洲舊石器文化發現豐富，文化系統和分期斷代比較清楚，早期遺存有阿布維利文化，阿舍利文化，克拉克當文化；中期遺存有莫斯特文化，勒瓦婁哇文化；晚期遺存有奧瑞納文化、梭魯特文化、馬格德林文化等。其中有些文化還影響到北非和西亞。中國也同樣有豐富和自成系統的舊石器文化遺存，早期遺存有藍田人文化、北京人文化、觀音洞文化；中期遺存有丁村文化；晚期遺存有峙峪文化、山頂洞文化、小南海文化等。美洲和大洋洲也都有舊石器文化，均屬於晚期的遺存。
中石器時代也有人稱其爲續舊石器時代。其地質時代已進入全新世，屬於冰後期。此時歐亞大陸的氣候轉暖，與舊石器時代晚期顯著不同。人類依然過着採集漁獵生活，使用打製或琢制石器，但磨製石器還沒有出現。文化面貌與舊石器時代晚期有類似之處，不過地域性的色彩更加濃厚，如以地中海沿岸爲中心的中石器諸文化，可分爲精石器文化和粗石器文化兩大羣。前者以幾何形細石器爲代表，屬於採集漁獵文化，象歐洲的阿齊爾文化、塔德努瓦文化,均以幾何形細石器爲主體,用三角形、半月形和梯形的石刀，鑲嵌在骨木柄上作爲複合工具使用。中國的中石器文化發現不多，如沙苑文化和靈井文化也都以細石器爲特徵，是從細小的石核上剝下石葉，一般缺少加工，與前述幾何形細石器有顯著不同。中石器時代大約開始於距今1萬年前後,延續的時間不平衡。例如西亞在公元前9000年已出現磨製石器，向新石器文化過渡，歐洲和中亞等地也有的延續到前3000年左右，丹麥的埃泰博勒文化就屬於中石器時代的殘存文化，其晚期出現的磨光石器和陶器是受了南歐新石器文化的影響，但還保留較原始的狀態。
新石器時代這一時代的基本特徵是農業、畜牧業的產生和磨製石器、陶器、紡織的出現。嚴格地講，這時已從依賴天然賞賜過渡到生產經濟階段。由於農業和畜牧業是新石器時代產生的標誌，因而當出現陶器以前的階段，也有人稱之爲前陶文化或原新石器文化。從世界範圍來看，地理和時代的因素非常強烈，象舊大陸和新大陸，無論在文化面貌、經濟基礎和生產手段等方面，都表現了顯著的差異，可以分成不同的地區和羣體。舊大陸以生產經濟爲基礎的新石器文化，以伊朗、伊拉克、小亞細亞、敘利亞和巴勒斯坦一帶的所謂“肥沃的半月形地帶”爲代表，前9000～前7000年的前陶文化開始栽培小麥、大麥,飼養狗、綿羊和山羊,但採集漁獵仍佔較大的比重，已形成半穩定性的小規模聚落。使用嵌鑲幾何形細石器的鐮刀、半磨製的石斧、琢制的石容器，但還沒有出現陶器。前7000～前6000年的前期文化，農業、畜牧業已經確立，成爲主要的經濟來源，磨製石斧普遍使用，開始製作深鉢形的圜底陶器。前6000～前5000年的中期文化階段，發明了彩陶和紡織技術，人形陶偶增加，作爲家畜的牛也開始出現。前5000～前4500年的後期文化階段，已形成大規模的聚落，以製作精美的彩陶和營建神廟爲其特徵,社會分工顯著,階級分化萌芽。不過其他各地的發展規律不盡一致,象中國的前陶文化,目前尚屬缺環。以華北爲中心，前6000～前5000年的裴李崗文化、磁山文化和大地灣文化，已形成一定規模的聚落和成片的氏族墓地。種植粟、黍一類耐旱作物。磨光石器發達,細石器仍有殘餘。以三足鉢爲代表的陶器,具有一定的原始性，其紋飾有素面、繩紋、篦紋，甚至到了晚期還出現個別花紋簡單的彩陶。前5000～前3000年的仰韶文化時期，農業、畜牧業有了更穩步的發展，農作物依然是粟、黍兩種。其後的龍山文化時期家畜的數量更多了，出現了羊、牛、馬等新的品種，製陶工藝空前發達,不僅使用輪制，還出現胎壁薄達2毫米的蛋殼陶，社會分工明顯，階級萌芽，處在文明的前夜。至於長江流域及華南的農業活動，與華北顯然不同，如前5000年的河姆渡文化即以種植水稻爲主，後來一系列文化都承襲了這個農業傳統。因此，不能認爲新石器文化及農牧業的起源都源自西亞，在世界範圍內應有不同的中心。不適於農耕畜牧的地區或距先進文化中心較遠的邊遠地帶，往往以採集漁獵爲主，例如歐亞北方地區的篦紋陶文化以及日本的繩紋時代等。至於非洲內陸和印度尼西亞等地，以栽培薯芋爲主的新石器文化，卻沒有發展成真正的農業經濟，而處於停滯的階段。新大陸在西班牙人到達以前，除了舊石器文化和中南美的個別金屬文化以外，都屬於新石器文化的時代，象高度發展的馬雅文明，仍屬於新石器文化的範疇。新大陸的諸文化羣，有以玉蜀黍爲主要作物的農耕文化和仍處於採集漁獵經濟的停滯新石器文化，甚至有的屬於已出現磨製石器，但不見陶器的先陶文化。
銅石並用時代或稱金石並用時代,此時使用紅銅工具,已掌握銅的冶煉術,用冷鍛或鑄造法制作紅銅器，但主要的工具仍然是石器，屬於新石器時代到青銅時代的過渡期。但往往由於發現的例證不夠典型，在概念上導致混亂，例如有人把青銅時代鼎盛時期的安陽殷墟作爲銅石並用時代便是一例。有些考古學家象O.門京(1888～1973)和V.G.柴爾德等人就反對這個時代的概念。中國有沒有銅石並用時代也同樣是個問題，如齊家文化已出現冷鍛和單範鑄造的小件紅銅器，似可歸入銅石並用時代的範疇；但又出現多範合鑄的青銅器，據已檢驗分析的25件銅器表明，紅銅佔64%，其他屬於青銅。另外象甘肅玉門的火燒溝遺址，經鑑定的66件銅器中，紅銅佔54.6%，餘者爲含鉛、錫的青銅。可證即使有了青銅器，紅銅器仍在使用，因而有人認爲，紅銅器的出現只能象徵發展上的過渡。銅石並用時代是否可作爲獨立的階段，尚有待進一步研究。
青銅時代青銅是以紅銅爲主要成分，加入錫的合金。加錫的目的，是爲了降低銅的熔點，加強銅液的流動性以便於鑄造，並可加強合金的硬度。由於錫礦的產地有限，開採和冶煉需要一定的技術，因而青銅器的製作往往限於小件或珍貴的兵器、器皿，一般工具仍以石器爲限。同時往往出現以鉛代錫，或使用銅、錫、鉛的三元合金；但合金的硬度較軟，不適於實用。青銅器時代是繼承新石器時代而發展的，但在一些邊緣地區，新石器時代處於停滯階段，沒有經過青銅時代就直接過渡到鐵器時代，如日本的彌生時代，美洲和大洋洲便是如此。非洲也有不少類似的例子。
某些地區在青銅時代已經產生了文字記載，如埃及的第1到第18王朝,前14世紀前的美索不達米亞和中國的商周等，因而已不屬於史前考古學的範疇。不過它們的周邊地區，如歐洲的大部分地區、中亞和西伯利亞等地，青銅時代尚無文字出現，仍處在史前階段。至於美洲的青銅文化，在公元11世紀以前始出現於南美安第斯山一帶，印加帝國基本上也是青銅時代。
鐵器時代最早的鐵器於前14世紀之初出現於小亞細亞的東部，其他各地進入鐵器時代的時間不甚一致。至於隕鐵製品，如西亞在前3000年開始出現的某些刀、短劍和裝飾品，中國商代的鐵刃銅鉞等，則不能作爲鐵器時代的產物。大部分地區在鐵器時代早已進入歷史時代。不過歐洲的早期鐵器時代文化，不少仍屬於史前時代的範疇。這表現了生產工具質料的發展和歷史進程的不一致性。
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