在清朝同治二年（1863年），因為認識到了國家的不足，清朝中興名臣曾國藩和李鴻章等人聯名上奏朝廷，請求朝廷批准能選派一些學生出國留學。李鴻章在奏摺中講到：“選派留學生，實在是中國自強的根本”。希望學習西方國家的先進知識，來挽救國家。清政府即刻奏準，很快就實施了一套完整的出國留學方案。
1. 設“幼童出洋肆業局”即預備學校，對學生進行出國前的培訓。“肆業局”下設監督二人，由翰林出生的陳蘭彬擔任正監督，容閎任副監督。
2. 選拔120名候選幼童，分四批出國，每批30人，每年遣送一批。
3. 學生出生須清白，年齡最小不得低於12歲，最大不得超過20歲。
5. 學生以學習西學為主，但仍配備中國教師教習中學。學習期間，一切費用由政府承擔。學生學成後不準自謀職業，聽候政府調用。
第一批30名幼童於1872年8月11日登上了開往美國的輪船，9月14日抵達美國，開始了留學生活。李鴻章等人的願望終於實現了。出國留學當時是一種聞所未聞的新鮮事物，一位留美幼童回憶:“當我是一個小孩子的時候，有一天，一位官員來到村裡，拜訪各住戶，看哪一家父母願意把自己的兒子送到國外接受西方教育，由政府負責一切費用。有的人申請了，可是後來當地人散佈流言，說西方野蠻人，會把他們的兒子活活地剝皮，再把狗皮接種到他們身上，當怪物展覽賺錢，因此報名的人又撤銷。”
據統計，第一批赴美留學生從事工礦、鐵路、電報者有30人，包括6名工程師和3名鐵路局長。其中，就有我國著名的鐵路設計師詹天佑。在唐津鐵路的設計修建中，跨度305米的灤河大橋成為了一大難題，國外的英、日、德等國家的工程師多次設計修築失敗，更是宣稱中國絕對沒有此人才，更不可能能修建此橋。這時，詹天佑出場了，他被應聘負責灤河大橋的設計修建工作，並且成功的這座中國的第一座現代化大橋。在詹天佑的主持下，還修建了難度極大的京張鐵路，這段路程途徑有很多高山峻嶺，河溝險灘，尤其是在居庸關和八達嶺的一帶坡度極大。可是詹天佑卻創造性的發明了“人”字形的鐵路，巧妙的解決了坡度的陡峭問題。更為神奇的是在詹天佑的主持下，這條鐵路竟比原計劃還提前2年完成，節約了28萬兩銀子的經費，有力的回擊了國外所說“建造設條鐵路的中國工程師還沒有出世”的謬論。詹天佑不僅給我國長了志氣，還同時榮耀的入選了英國工程師協會，成為會員。
詹天佑
在留美的這些學生中，歸國從事教育事業的有5人，並且有2人成為了大學校長，包括天津北洋大學的校長蔡紹基，其中唐國安在擔任清華學堂的校長後，深深的感受到學習國外先進知識和經驗的重要性，從此全力支持學生赴國外留學，從此，清華學堂的大批學生開始了出國留學，繼續深造。
在從事外交、行政方面的有24人，包括12名領事、代辦，2名外交次長、公使，1名外交總長，1名內閣總理。其中吳仲賢在擔任墨西哥代辦的時候，曾有108名華工因為工作死亡而得不到賠償，吳仲賢於是多方奔走，據理力爭，為這些死亡的工人討回了應有的工資和賠款，維護了在外華工的利益，梁丕旭是清末外交界的知名人士，他陪同醇親王載灃訪問德國的時候，德皇威廉二世看不起中國，趁機侮辱中國，要求載灃行下跪磕頭禮，梁丕旭於是毫不退讓，據理力爭，終於迫使德國的皇帝同意他們行鞠躬禮。
唐紹儀
留學生除了學習軍政外，不少是學習機械、造船、鐵路、採 礦、郵電、農業、醫學專業的，從而為中國培養了第一批實業人才。例如，魏瀚、 鄭清濂、吳德章、陳兆翱、李壽田、楊廉臣六位留學生回國後，成了當時東亞最 大的船廠——福州船政局“必不可少之員” ，他們繪畫式、制輪機、定船身、造 器械，各有專精之藝而分工集事。在洋員離廠後，這些歸國留學生從獨立自制七 百五十匹馬力的兵掄開始，繼而製造大至二幹五百匹或更大馬力的兵輪。從事海軍的有20人，他們被分配到福州船政學堂和天津北洋水師。在中法戰爭和中日家務戰爭爆發後，這些留學生們英勇作戰，因為他們學習了水戰的知識，所以技術精煉，作戰勇敢。20人當中有14人當上了海軍將領，其中吳應科升至艦隊司令，徐振鵬升至海軍次長，而楊兆楠、薛有福、黃季良、沈壽昌、黃祖蓮等人在同敵軍作戰中英勇捐軀。
在中日戰爭以後，大量的年輕留學生被派往國外學習，“東亞病夫”終於睜開那朦朧的睡眼，認識到閉關自守的不足，逐漸的走向了世界。
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