从1862年京师同文馆的创办到1895年中日甲午战争失败间的30余年，是中国教育现代化的起步阶段，也是中国官方自办新教育的萌发阶段，这一起步亦是在面对西方列强的侵略步步进逼的严酷形势下被迫作出的选择。清朝统治者包括一些封疆大吏，在内外交困的夹击中，终于醒悟到知夷、师夷与制夷的依存关系，终于以实际行动接受了“师夷长技以制夷”的口号，这就是近代史上所谓的洋务运动时期。
以1861年“总理各国事务衙门”的成立为标志的洋务运动，其基本内容是引进和学习西方先进的科学技术，尤其是军事技术。由于兴办洋务事业对新型人才的需要，举办新式学堂、翻译西学书籍、派遣留学生等便成为洋务运动的重要组成部分。
一、京师同文馆的创立
1862年京师同文馆的创立，标志着中国政府自己创办的第一所新式学堂的诞生，也标志着中国传统教育向西方资产阶级新教育转型的真正启动，然而这一进程不仅起步艰难，而且充满了中学与西学，革新与守旧的矛盾冲突。
京师同文馆最初是因为中外交涉活动日渐纷繁，急需大批外语人才而设立的，开始聘请英国传教士包尔腾为英文教习，选了10名学生入馆学习。第二年又并入了俄文馆、新增了法文馆，每馆各有学生10人。1866年，随着洋务运动的不断拓展，洋务官员们日益感到培养科技人才的重要。于是，便有人倡议在学习外国语言文字的同时，应兼习西洋格致之学，由此展开了一场中西文化冲突的大争论，并因此而改变了京师同文馆单纯的语言学堂性质，使之在中国教育现代化起始中占有了开创性的重要地位，具有重要的历史意义。
1866年12月，总理衙门大臣奕忻等人奏请清廷，拟在京师同文馆添设一馆，专习天文、算学，招生对象不限于八旗子弟，而是扩大到满汉举人、五贡生员，以及正途出身五品以下京外各官，并延请西人教习。理由是西人制造机器、火器等件，以及行船、行军，无一不自天文、算学中来，现在上海、浙江等处讲求轮船各项，如果不研习天文、算学等西学知识，不从根本上下功夫，仍属徒习皮毛，无俾于实用。朝廷很快批复了，准依议照办。客观地说，这一建议希望在学校教育中引入西方科学技术知识，让那些学有所成的正途人员，通过接受西学训练，尽快成为新式人才，以逐步改变官僚队伍的知识结构，适应社会变革的需要，这是顺应时代趋势的进步举措，是对中国传统教育的一个突破。
然而，这一建议却在士大夫们中引起了强烈反响，在清廷政坛掀起了轩然大波，上至帝王之师，下至卑职小吏，纷纷发表反对意见，有人认为这是舍中法而从西法，有人认为以堂堂天朝竟要拜洋人为师，实乃奇耻大辱，更有甚者竟将自然灾害归罪于天文算学馆之设，尤其是大学士倭仁在奏折中提出了激烈的全面否定意见，认为天文、算学不应过分看重，即使讲求天文、算学，也不必奉洋人为师，夷人本为中国仇人，断无以仇人为师之理，倘若如此，祸患无穷，甚至亡国亡种。这里倭仁不但极力反对延聘洋人教习科甲正途人员，而且指责凡是愿意进馆学习的人，道德、人格有问题，甚至有通乱之嫌。尽管这场争论因慈禧太后的支持，奕？等开明派取得了胜利，但对于正待开张的天文、算学馆造成了很大的障碍和阻力，不但报名人数骤减，而且多数素质不高，无一人是科举正途出身，半年后，仅剩10人，被并入先前的英、俄、法文馆。
这场论争，剔除那些偏激之辞和荒唐无稽的迷信之谈，实质性的问题就是反对饱读中国传统经典学说的科甲正途出身人员学习西方的奇技淫巧，尤其是拜洋人为师，背后隐含的是中西文化价值观的内在冲突，这一冲突不仅伴随着同文馆的成长历程，而且也始终伴随着中国教育现代化的历程。
同文馆的设立仿照西式学校，早期课程主要是外文与中文，1869年聘请美国传教士丁韪良任总教习后，逐步增设了不少新的科目，内容包括近代西方自然科学的大部分学科，如数学、物理、化学、天文学、机械学、航海学及国际公法、政治经济学等，这是中国官办教育引进资产阶级文化的开端，亦是资产阶级新式课程体系的初步构建。同文馆还设有天文台、图书馆、博物馆和实验室。与教学内容转换相应的教学方法和教学组织形式均展现了新的面貌。同文馆引进了班级授课制，实行分班分级教学；采用实验法，学生可亲自动手操作一些基本的化学、物理实验；注重实习，学医的学生被安排到医院实习，学外语的常被召到总理衙门担任翻译，学堂的译书活动也为学生提供了大量的练习机会。
同文馆既为培养新式人才而设，引进西学、设置新式课程乃当务之急，故“自开馆以来，译书为要务”，翻译引进欧美教科书便成为学堂的一项重要工作。在总教习丁韪良的带领下，“京师同文馆师生共译西书25种。这些书的翻译，多以西教习为主，学生参与。翻译本是学生的一门课程，书译出以后，又多成为学馆教科书。”关于同文馆所译西书的确切种类和数目，研究者略有出入，但基本内容如《同文馆题名录》所记，大概包括：万国公法、格物入门、化学指南、英文举隅、富国策、各国史略、化学阐原、全体通考、中西合历、算学课艺、电理测微、坤象究原、药材通考、弧三角阐微、分化津梁等。这些书籍不仅作为同文馆学生的教科书，而且，还“免费遍送国内官员”。学堂还对译书有成的教习、学生，均有奖励。这些举措有利于西学的传播，同时也开启了我国近代译编采用西方教科书的先河。
由此可见，同文馆从教学体制、课程设置、教科书、教学形式和方法，都吸纳了西方新式教育的基本特点，对中国新教育的启动产生了重大的影响。正如丁韪良所言：“它影响了中国的高级官吏，由中国的高级官吏又影响了中国的教育制度。”在洋务运动中，继同文馆后，一些洋务派官员又陆续兴办了一批新式学堂，大致可分为三类：一类为方言（外国语）学堂，如上海广方言馆、广州同文馆等；一类为武备（军事）学堂，著名者如福建船政学堂、上海江南制造局操炮学堂、天津水师学堂、广东水陆师学堂等；还有一类为科技学堂，如天津电报学堂、天津西医学堂、湖北采矿工程学堂等。这些学堂以“师夷长技以制夷”、“变通自强”为宗旨，培养了一批新式人才。
二、跨出国门的先驱者
中国官方自派留学生始于1872年，首倡者为有中国留学生之父称号的容闳。容闳（1828-1912），广东香山人。1835年就读于澳门郭士立夫人设立的女校，1841年起就读于澳门和香港马礼逊纪念学校。1847年随马礼逊纪念学校校长勃郎赴美留学，入麻省孟松中学，1850年考入耶鲁大学，1854年毕业，为该校第一位中国留学生，自称“以中国人而毕业于美国第一等之大学校，实自予始。”
容闳回国后，十分关注祖国的新教育改革，尤其希望以留学为造就人才之途径，为国家富强服务。1867年，他曾会见当时的江苏巡抚丁日昌，竭力劝其推行新教育计划。1868年拟条陈4项，请丁转呈军机大臣文祥，第二项即为派遣留学生赴美计划，提出“政府宜选派颖秀青年，送之出洋留学，以为国家储蓄人材”。表明其心迹，“予意以为，予之一身既受此文明之教育，则当使后予之人，亦享此同等之利益，以西方之学术，灌输于中国，使中国日趋于文明富强之境”。在容闳的积极倡导下，经曾国藩上奏朝廷批准，从1872年起，每年选拔30名幼童赴美留学，共120名，分4年派遣。此为中国官方公派出国留学之****。
为筹办留学事宜，曾国藩在上海设立了留学招生局，委任容闳负责办理，从江浙、广东等沿海地区选拔学童，要求年龄在12-16岁间，天性聪颖，并稍通中国文理。这批幼童的留学目标是，以学习西方的应用技术、军事技术为主，先入中小学，然后入军政、船政等学校。所设课程包括中学和西学，以西学为主，兼派中文教师，讲习“中学”。为使学生不忘儒家伦理和封建纲常，每逢节日，由留学生监督演讲“圣谕广训”，灌输“忠君尊孔”。从上述留学宗旨和相关规定可知，洋务派既希望通过留学培养新式人才，为自强新政服务，以应千年未遇之大变局。因而注重实用技术，厚给经费，让幼童从小学一直读到大学，接受西方全过程的正规学制的新式教育，但同时又担心留学生思想西化，数典忘祖，而竭力采取种种措施，试图用封建礼教和祖宗规训钳制他们的思想，这一潜在的矛盾正是日后导致这次留学运动失败的重要原因所在。
各批幼童相继赴美后，最初散居于美国人家中。不久，随着语言逐渐过关，对当地社会生活逐渐熟悉后，便分别进入中学和小学学习，大部分幼童学习成绩优秀，一些人在中学毕业后进入了耶鲁、哥伦比亚等美国著名大学深造。如詹天佑，在纽黑文中学时学习成绩就十分优异，考入耶鲁大学土木工程系后，多次获数学考试第一名，两次获数学奖学金。美国《纽约时报》曾这样报道：“中国幼童均来自良好高尚的家庭，经历考试始获甄选。他们机警、好学、聪明、智慧。像由古老亚洲来的幼童那样能克服外国语言困难，且能学业有成，吾人美国子弟是无法达成的。”然而，随着在美生活时期的长久，幼童们的思想观念和行为方式逐渐产生了变化，开始逸出派遣者事先设计好的“中体西用”模式，接受了西方资产阶级文化的影响。许多人不再对四书五经、“圣谕广训”等传统经典和规范感兴趣，对“参拜先圣”、“叩头见官”等封建礼仪也开始掉以轻心，有的甚至剪去辫子、脱掉长衫，随美国人一起参加礼拜等。对留学生的这些变化，时任留美学生正、副监督的陈兰彬和容闳经常发生冲突，思想开放的容闳认为这些是正常和自然的，不必大惊小怪；但顽固守旧的陈兰彬却不能容忍，他不断向国内报告，状告容闳偏袒学生，还断言这些学生如继续留在美国，必会失爱国之心，即使学业有成，亦对社会有害无益，提出要撤回全部留美幼童。与此同时，美国政府拒绝中国学生就读军事学校。在此情形下，清廷与李鸿章最终决定“撤学回国”。至1881年，全部留美学生被迫中断学业，凄然回国。
中国首次官派留学运动由于封建顽固分子的干扰而半途夭折，但其历史意义是十分深远的。这些留美幼童不仅直接学习了西方的科学技术，其中涌现了一批杰出人才，为中国的早期现代化事业作出了自己的贡献；而且，他们沐浴了西风美雨，直接体验了西方资产阶级的民主、自由，思想观念得到更新，对传统的封建****、纲常伦理有了更为深刻的批判性认识。同时，通过留学经历，也为中西文化教育交流开拓了道路。
与派遣幼童赴美差不多同时，清政府开始酝酿向欧洲国家派遣留学生。
首倡者为福建船政大臣沈葆桢。1873年末，福建船政局和所属船政学堂，按合同规定，解聘了大批外国技术人员和教习。如何使船政局的事业继续发展下去，培养自己的人才成为燃眉之急。于是，沈葆桢上奏朝廷，提出派遣福建船政学堂学生赴欧洲留学，其曰：臣窃以为欲日起而有功，在循序而渐进，将窥其精微之奥，宜置之庄岳之间。前学堂习法国语言文字者也，当选其学生之天资颖异，学有根底者，仍赴法国深究其造船之方，及其推陈出新之理。后学堂习英国语言文字者也，当选其学生之天资颖异，学有根底者，仍赴英国深究其驶船之方，及其练兵制胜之理。速则三年，迟则五年，必事半而功倍。
沈葆桢的建议很快获各方支持。沈葆桢在福建船政局法籍监督日意格的帮助下，具体拟订了船政学堂学生的留学计划：到法国学习轮船制造的，期限为五年左右，每天半日在工厂学习，每年用两个月时间游历各国大船厂、铁厂，以增长见识；到英国学驾驶的，期限为两年左右，以在校学习为主，每年用两个月时间赴大兵舰上阅看练习，并制订了相应的教学大纲。1875年，乘日意格回法国采办机械之机，沈葆桢让其带领五名学生率先出国，游历见识。随后，李鸿章又领衔上奏，阐述了派学生赴欧留学的重要性和必要性，并拟订了《选派船政生徒出洋肄业章程》十条，主要内容包括：设留学监督，明确权限；确定出洋学生名额、年限、培养目标及学习内容；选拔与考核等，旨在学习当时世界一流的造船技术、航海技术，培养一流的良工、良将。