大明遠洋水師在實戰中迅速成長，但也暴露出了一個嚴峻的問題：合格的海軍軍官和專業技術人才極度匱乏。老一代水師將領多出身於沿海衛所或鄭芝龍這樣的海商集團，經驗豐富但知識結構單一，尤其缺乏係統的航海、天文、造船和炮術理論。而新一代的識字之人，大多奔著科舉正途而去，視航海、軍工為“奇技淫巧”，不願投身其中。
朱由校深知，沒有人才梯隊，再強大的艦隊也隻是無源之水，無本之木。他決心建立一所專門培養海軍人才的學校。在格物院的基礎上，他下旨設立“皇家格致學堂·海事分院”，校址選在天津衛，靠近新建的皇家造船廠和北洋水師基地，便於理論聯係實際。
旨意傳出，朝野再次嘩然。
“陛下設立格物院，鑽研器物之理，尚可理解為增廣見聞。如今竟要專設學堂，教授航海、炮術，並授予結業者武職官身？此非鼓勵世人舍本逐末，棄聖賢書而逐錙銖之利、凶殺之器乎？”一位翰林院學士在私下議論中痛心疾首。
“聽聞還要聘請西夷教士擔任教員？簡直荒謬！夷狄之學，腥膻未化，豈可登我天朝學堂之堂奧，蠱惑士子之心？”另一位保守派官員憤然道。
阻力不僅來自清流言官，甚至也來自部分軍方勳貴。他們習慣於傳統的師徒相傳、行伍提拔，對於這種“學堂”培養出來的軍官，本能地抱有懷疑和排斥。
然而，朱由校的決心無比堅定。他親自審定了學堂的章程、課程設置和師資名單。學堂祭酒（校長）由一位對西學持開放態度的禮部侍郎兼任，但實際負責教務的，則是一位經驗豐富、思想開明的水師老將。教員陣容更是空前“混雜”：既有告老的水師舵工、炮長，善於造船的工匠大師傅，也有格物院中精通算學、地理的學者，甚至，通過澳門的葡萄牙關係，重金聘請了兩名精通航海術和基礎幾何學的耶穌會傳教士擔任客座教員。
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課程設置更是與傳統書院大相徑庭，主要包括：航海術（天文導航、海圖辨識、舵帆操縱）、天文與地理、船舶設計與建造原理、火炮操作與維護、海上戰術與旗語、以及基礎的數學和《海事律例》。學製兩年，結業後經考核，優秀者可直接授予水師把總、千總等基層軍官職位。
招生成了第一個難題。朱由校不得不強製要求沿海水師衛所、勳貴武將家族以及內官監部分年輕宦官選派子弟入學，並麵向社會招收粗通文墨、身體強健的年輕子弟，許以優厚待遇和出身承諾，才勉強湊足了第一期八十名學員。
開學之日，朱由校甚至親自前往天津，主持了簡陋的開學儀式。他看著台下那些神情各異、有的充滿好奇、有的則帶著迷茫甚至不情願的年輕麵孔，發表了簡短的訓話。
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