創建背景
京師同文館該校的倡始者是洋務派領袖恭親王奕訢。第二次鴉片戰爭剛剛結束，奕訢在時任英國駐華公使館參贊威妥瑪的幫助下，請聖公會英籍傳教士包爾騰擔任首任總教習。該校隸屬於總理各國事務衙門。初設英文館（相當於系），後增設法文、俄文、德文、日文、天文、算學、格致（時對聲光化電等自然科學的統稱）、化學等館。學制分五年、八年兩種。八年制又分前館、後館。後館學有成效者升入前館。學員兼學天文、算學、格物、化學、醫學、機器製造、西洋史地和萬國公法等科。該校設管理大臣，最後一任管理大臣是孫家鼐，設總教習、副教習等職。先後在館任職的教習有數學家李善蘭、物理學家徐壽等。外籍教習有包爾騰、傅蘭雅金、歐禮斐、馬士、丁韙良。
開設學科
京師同文館光緒二十七年（1902）併入京師大學堂。清代在北京開辦的採用班級授課制的第一所洋務學堂。清政府自鴉片戰爭後，屢次與帝國主義列強交涉，深感語言不通、文字隔閡，也是受欺矇遭失敗的原因之一。左宗棠、李鴻章等堅持學習西方，於是在同治元年（1862）設立了京師同文館，學生為十三、四歲的八旗子弟十人。次年增設法文館、俄文館。再後又增設德文、日文。館中教習均聘外國人。1866年底改為入館學習者皆取正途人員，如舉人、優等貢生及由此出身的五品以下的京外各官，且年齡為30歲以下的人。1867年增天文算學館。1869年聘美國傳教士丁韙良任總教習。1872年擬訂了八年課程計畫，計為：第一年認字、寫字，講解淺書；第二年練習句法，翻譯條子；第三年講讀各國地理及史略，翻譯選編；第四年講求數理啟蒙及代數學，翻譯公文；第五年講求格物、幾何原本、平三角、弧三角，練習譯書；第六年講求機器、微分積分、航海測算，練習譯書；第七年講求化學、天文、驗算、萬國公法，練習譯書；第八年講求天文、測算、地理、金石、富國策，練習譯書。考試嚴格，有月課、季考、歲考三種。每三年舉行大考一次，列入優等者升官階，次等者記優留館，劣等者除名。館內待遇較優，除膳食、書籍、紙筆由官家供給外，每月尚有薪水銀10兩。京師同文館有統一的課程設定和管理章程，基本不學“四書五經”之類的傳統科目，被人視為中國近代新式學校的發端。學生畢業後大半任政府譯員、外交官員、洋務機構官員、學堂教習。該館附設印書處、翻譯處，曾先後編譯、出版自然科學及國際法、經濟學書籍二十餘種。此外還設有化學實驗室、博物館、天文台等。1902年1月(光緒二十七年十二月)年併入1898年創建的中國第一所具有現代意義的大學——京師大學堂。
入學要求
同文館初設，學生不是年齡太小，就是太大。最初新學只有外語一科，調派八旗子弟，充任學員，年限14歲以下。幾年後設科學館，滿漢舉人、生員、五品以下京外官員皆可投考。兩個月後，“投考者寥寥”，只好放寬要求，沒正途出身的也收。這樣一來，終於有98人投考。可到了日子，真來考試的只有72名，最後錄取30名。這就是中國第一所新學堂中最早學習科學的第一批新學生。總教習丁韙良稱這批新學生為“老青年”，但究竟有多老，最初他也不甚了了。有一天，他看見一個學生帶著一個孩子，便問：“這是令郎嗎？”對方微笑著答道：“是我小孫子。”丁韙良這才發現，同文館學生幾乎全部已婚，其中還有兩對已是父子。又一天，丁韙良問一個學生：“什麼事？你這么滿面愁容的？”學生答道：“老師，我的孩子死了。”這些學生大多仕途落魄，功名坎坷，這才來學新學――近代西方科學；另外一個原因，是你只要來上新學堂，政府就付給高薪。但當時，他們為有科舉功名者所不屑，被斥之為名教罪人，士林敗類。他們自己也覺得是這么回事。“許多人連公開承認他們是同文館學生的勇氣都沒有。”初設外語教學班，總署（外務部）到處尋找既懂外語又通漢文的教師。傳教士中原有這等人才，但事關意識形態，為中國第一所新學堂所不取。後來教英文的有了，可其他語種，久不得人。急得總署大臣奕訢到外國使館公幹時，也是一心二用，“留心訪查”。後來法國和俄國公使分別推薦兩人，一個叫司默靈，一個叫柏林。奕訢親自考核，發現二人雙語並精。但司默靈是法國傳教士，奕?一聽，很不高興，當即拒絕。法國公使再三解釋，說這人是傳教士，可早就不傳教了，而且老實、忠誠、可靠，當外語老師沒問題。於是奕訢請旨定奪。奏摺上說（譯文），臣見了這個司默靈，表面上的確“看不出有傳教士習氣，再三言定，你到我同文館是教書的，斷然不準傳教，一旦發現，立即辭退”，並要法國公使擔保。至於那個叫柏林的，“臣等接見，覺得此人看上去不是那種特別狡詐的傢伙，教咱們的學生學習俄語，好像問題不大。”詔準。同文館從此有了法語和俄語班。
中國最早的新學老師，很少科班出身，多是半路出家。丁韙良在《同文館記》中說，有個叫方根拔的，德國人，同文館天文學教授，很喜歡標新立異，決心推翻牛頓的萬有引力學說。一個夏日，他車上滿載書籍，到八大處去，中途遇暴雨，車子翻了，書籍散落地面，綿亘數里。丁韙良安慰他時，他說：“唉，那雨水啊！二十年的工作毀於一旦，牛頓時代又可以苟延好幾個世紀了。”丁韙良笑道：“說不定再過若干世紀，第二個方根拔還不能出生呢！”對這些老師，政府確是不大放心，於是自己所派的國語教師，都負有“暗為查察之責”，一旦發現洋教習在政治或學術上出軌，小報告立刻就到了政府主管部門。
學科增設
新學科目根據師資情況，逐年增加。每添設一門新學，都需要新教學設備，這很難辦，必須總署批准才成。一天，丁韙良弄來一套電報機，想通過這“新奇的發明”，誘導中方同意他增設物理教學科目。他請總署派人到他家，看他作電報試驗。恭親王奕訢派來4個人。丁韙良興致勃勃地作實驗，發現對方只是望著，既不了解，也沒興趣。其中的一個翰林說：“中國4000年來沒有過電報，固仍泱泱大國也。”誘導失敗，丁韙良於是送給這4個人一些新鮮玩意兒，這下子他們高興了。那是帶磁性的魚和鵝。他們看著，玩著，撫掌歡笑，嘆為神奇，擺弄了很久。丁韙良心中嘆道：“唉，在文學上他們是成人，在科學上他們還是孩提啊！”後雖又有人來看過演示，電報機還是在總理衙門整整放了一年，最後被當作無用之物藏在同文館的陳列室內。幾經風雨，同文館的科學教育，終以八年學制，漸漸有了把學堂升為大學的條件，於1902年歸併於中國第一所大學―――京師大學堂。從被動的意義上講，中國近代史的大門是1840年英國炮艦轟開的，但直到懂得了“學會數理化，走遍天下都不怕”這句話的真正涵義，中國人才開始自覺進入近代史。
