承平十九年至二十三年，随着新学制的逐步推行和分级教育体系的初具规模，“培养人才”从一项紧迫的国策口号，逐渐演变为一场遍布帝国核心区域、深入到具体学科和个体培养的精密实践。如何将选拔出的好苗子，真正塑造成能够支撑“五十年技术代差”梦想的新一代科学家与工程师，成为百工院、专业技术学院乃至新成立的“京师大学堂格物学院”面临的严峻考验。这不再仅仅是开设课程，而是涉及教学理念、实践环境、学术氛围乃至人格塑造的系统工程。
最大的挑战，并非校舍或经费，而是教育者与被教育者头脑中根深蒂固的思维定式。
在第一批实科中学堂和专业技术学院里，大多数学生乃至部分教师，依然秉持着传统的“师徒授艺”或“记问之学”的心态。学生们期望学到的是立竿见影的“手艺”或“诀窍”，以便尽快谋得一份好差事；许多从工坊选拔来的老师傅，也习惯于演示“怎么做”，却难以解释“为什么这么做”，更遑论引导学生探究背后的普遍原理。
徐光启在视察西山附设的“矿业冶金学院”时，就遇到了典型案例。一位老匠师在讲授高炉鼓风时，只是反复强调风箱拉动的节奏和看火色的经验，当有学生问及“为何风力增大到一定程度，铁水反而不纯”时，老匠师支吾半天，最后归结为“火候未到”或“风水相冲”。学生茫然，记录下的仍是模糊的经验条文。
“此非授业，乃是传咒！”徐光启痛心疾首，在给百工院和各地学院的公文中疾呼，“若只习其术而不究其理，则学生永为模仿之匠，遇新境则束手，谈何创新？我格物之学，首重‘格’字，即穷究事物之理。教育之要，在于 ‘授人以渔’而非‘授人以鱼’ ，在于培养学生 ‘观察、设问、验证、归纳’之能力！”
一场针对师资的“再教育”和教学方法的革新随即展开：
编纂《教学法要义》：由徐光启主持，陆沉提供核心理念，编写了专门针对实科教师的指导手册。强调课堂教学须“以疑引思”，从具体现象或问题入手，引导学生提出假设，再通过实验（哪怕简陋）、推理或查阅资料（如《万物之理》相关章节）进行验证，最后总结规律。要求减少照本宣科，增加课堂讨论与质疑环节。
建立“师范轮训制”：所有实科教师，每年必须分批到百工院下属相关研究所，进行至少一个月的“回炉”培训。不仅学习本领域最新进展，更重要的是接受新教学法的训练，观摩百工院研究员如何提出问题、设计实验、分析数据。
推广“基础实验室”：在条件较好的学院，强制要求建立物理、化学、博物等基础学科的小型实验室。设备或许简陋（杠杆、滑轮、棱镜、各种矿石、酸碱试剂、简单电路等），但必须保证学生有亲手操作、验证理论的机会。百工院为此设计了多套“标准化基础实验箱”，分发至各重点学院。
转变是痛苦的。习惯了“师道尊严”、一言堂的老教师抵触强烈；习惯了死记硬背以求通过考核的学生也感到无所适从。初期，教学进度缓慢，师生皆疲。但少数年轻、思维开放的教师和好奇心强的学生，开始尝到甜头。京师第一实科中学一位年轻算学教师，在讲授抛物线时，不再仅仅给出公式，而是带领学生到校场用弩箭以不同角度射击，记录落点，再回头推导公式，学生们兴奋不已，理解深刻。消息传开，这种“格物致知”的本真乐趣，开始吸引更多年轻学子投身实科。
陆沉反复强调，科学家与工程师的培养，绝不能闭门造车，必须与真实的研究需求和产业实践紧密结合。为此，在百工院的主导下，一套初步的 “产学研”协同育人机制被建立起来。
机制一：百工院“萌芽项目”向学院开放。
百工院各研究所，每年会列出一些难度适中、具有探索性质但非核心机密的“萌芽项目”或“子课题”，面向相关专业技术学院和高年级优秀学生发布。例如，“材料所”可能发布“不同木材在不同湿度下的形变测量与数据分析”、“机械所”发布“简易齿轮传动效率影响因素实验”。学生可以个人或小组形式申请，在学院教师和百工院指定的“项目导师”（通常为年轻研究员）共同指导下完成。优秀成果不仅可获得奖励，其完成人还会进入百工院的人才储备视野，毕业时优先录用。这让顶尖学生早早接触真实研究，培养解决问题的能力。
机制二：建立“工坊实习岗”制度。
所有专业技术学院的学生，在最后一年必须进入对口的官营或特许民营工坊、矿场、造船厂、建筑工地等进行为期数月的“顶岗实习”。实习并非打杂，而是有明确的学习任务和考核目标。例如，船舶学院的学生需跟随工匠参与一段船体的放样或肋材安装，并完成一份关于工艺改进可能性的报告；机械学院的学生需熟悉一种蒸汽机的日常维护流程，并记录其常见故障与原因分析。实习由学院教师和工坊指定的“工匠导师”共同指导考核。这使学生提前了解行业实态，将理论知识与实际工艺结合，也帮助工坊发现好苗子，提前预定人才。
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