天津大學的前身北洋大學始創於中日甲午海戰之後。當時天津海關道盛宣懷通過直隸總督王文紹,稟奏清光緒皇帝設立新式學堂。光緒二十一年八月十四日(1895年10月2日),光緒皇帝御筆欽準,成立天津北洋西學學堂,並由盛宣懷任首任督辦,校址在天津北運河畔大營門博文書院舊址。從此,誕生了中國近代的第一所大學。
光緒二十二年(1896年),北洋西學學堂正式更名爲北洋大學堂。光緒二十六年(1900年),八國聯軍入侵津京,學堂校舍爲敵兵所霸佔,設備、文檔案卷遭毀壞,學校被迫停辦。以後不容學堂復課,至光緒二十九年(1903年)4月學堂方在西沽正式復課。1912年1月,北洋大學堂改名爲北洋大學校,直屬教育部,1913年又改稱國立北洋大學,此後一直沿用此校名至1928年更名爲國立北平大學第二工學院止。
天津北洋西學學堂一開創就是名符其實的大學,並以高水平的新式大學出現。創辦之始就援照美國模式辦學,在功課設置、教學內容、教科書、教學方法上,全面引進西方教育模式。學堂設立頭等學堂(大學本科)、二等學堂(預科),學制各爲四年,經過八年,培養出專門人才。同時,資送頭等學堂畢業生出國留學也是學堂創辦計劃中的重要組成部分。創辦之時,頭等學堂設專門學(即科系)四門:工程學、礦務學、機器學、律例學,光緒二十三年(1897年)學堂增設鐵路專科,光緒二十四年(1898年)又設鐵路學堂,上述學門皆爲當時中國社會所急需,體現了北洋大學“興學救國”的創辦宗旨。
光緒二十九年(1903年)北洋大學堂開學復課時,分設法律、土木工程、採礦冶金三個學門,後應外交需要附設法文班、俄文班,光緒三十三年(1907年)開辦師範科,至此北洋大學已成爲包括文、法、工、師範教育諸科,初具綜合性的新式大學。
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