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山东的新式教育是在清末“新政”的大背景下开始兴办的。1901年9月14日，清政府颁布“兴学诏书”：“除京师已设大学堂，应行切实整顿外，著各省所有书院，于省城均改设大学堂，各府及直隶州均改设中学堂，各州县均改设小学堂，并多设蒙养学堂。其教法当以四书五经、纲常大义为主，以历代史鉴及中外政治艺学为辅，务使心术纯正，文行交修，博通时务，讲求实学，庶几植基立本，成德达材，用副朕图治作人之至意”。这一纸上谕揭开了清末教育改革的序幕，也成为山东兴办新式教育的指导思想。
山东巡抚袁世凯是这次上谕的积极响应者，11月16日，他即着手将济南的泺源书院改为山东大学堂，并组织人拟订了《山东省城试办大学堂暂行章程》，上奏清政府。《章程》共分四部分：办法、条规、课程、经费，对大学堂的各项管理制度作了原则性的规定。
学堂办法规定：大学堂分3个等级，一为相当于各县小学堂的备斋，二为相当于各府厅、直隶州中学堂的正斋，三为具有高等教育意义的专斋。三斋之外，另设蒙养学堂，自7岁起至14岁止，8年内专令讲读经史，并授以简易天文、地舆、算术。但是，由于当时新式教育是一片空白，山东大学堂仅设置了相当于小学的备斋和相当于中学的正斋，1901年首届招生300多名。
学堂条规规定：学堂应恭祀至圣先师孔子暨本省诸先贤先儒，每月朔望，教习率领学生行礼并宣讲“圣谕广训”，以束身心。若逢孔子诞日，则须全班行礼，以表虔恭。
学堂课程规定：备斋修业期限为2年，学习中国经史掌故，并授以外国语言文字、史志、地舆、算术等各种浅近之学。正斋修业期限为4年，课程分政、艺两类。政学分为中国经学、中外史学、中外治法学3科，艺学分为算学、天文学、地质学、测量学、格物学、化学、生物学、译学8科。专斋的修业年限为2至4年，共开设中国经学、中外史学、中外政治学、方言学、商学、工学、矿学、农学、测绘学、医学10门课程。
学堂经费规定：学堂常年预算约需白银6万两，每年由藩库分4次拨出。若不够，靠“整顿税契”予以解决。
这样，袁世凯抢了各省的先机，他所创办的山东大学堂是全国最早的一所省立大学堂，山东也成为清末新式教育的首倡之省。清政府认为袁世凯对兴办新式教育颇尽力，制订的学堂章程又是以四书五经为体，以历代史鉴以及中外政治、艺学为用，完全符合朝廷的旨意，对他大加赞扬，并饬令全国各省参照山东大学堂章程兴办学堂。山东大学堂的创办推动了全国新式教育的发展。
1903年12月，张之洞、张百熙拟定《奏定学堂章程》，对学校系统、课程设置、学校管理做了具体规定，是一个比较完整的办学方案。它规定了“三段七级”的学制系统，三段是指初等教育、中等教育和高等教育，七级是指蒙养院、初等小学堂、高等小学堂、中学堂、大学预科、大学堂和通儒院。京师设大学堂，修业4年；大学以上为通儒院，修业5年；各省设高等学堂，修业3年；府州县设中学堂，修业5年；高等小学堂修业4年，初等小学堂修业5年。这一《章程》规定了全国各省建立新式学堂的模式，对新式学堂的兴办起了指导作用。
一、高等教育
《奏定学堂章程》颁布后，山东巡抚周馥即委任补用道陈恩焘总办省城高等学堂。1904年，山东大学堂的校址由泺源书院旧址迁到济南城西杆石桥外，更名为山东高等学堂。1905年，学堂开始招收高等正科，这是严格意义上山东高等教育的开端。按照新学制的规定，高等正科相当于大学的预科，学制3年。其课程分为3类：预备入大学经济科、政法科、文学科、商科的进第一类肄习；预备入大学格致科、工科、农科的进第二类肄习；预备入大学医科的入第三类肄习。学堂的教师也来自3部分人：教授经学、史学、国文的多是本省有名望的进士、举人；教授数、理、化等科的本国教师多为福州船政学堂毕业者；学校还聘用美、德、英、日等国教师教授外国文。学校总教习为美国北长老会传教士登州文会馆第二任监督赫士。学堂学生都是各州县推选而来的廪、增、附、贡生，其中虽有年龄大而思想僵化者，但不乏中文基础相当好的学生。他们的路费、膳宿费均由学堂提供，每人每月还有4两银子的花销。
山东高等学堂共办学14年。1914年，送走最后一届毕业班后，按“壬子癸丑”学制的规定被裁撤。在此期间，1904年学堂在校生399人，学堂备、正两斋共毕业学生259人。学堂高等正科毕业7届学生，共232人，另有17人被保送到北京铁路传习所，14人被保送留日学习。这是山东第一批高级知识人才。
除山东高等学堂外，根据发展新式教育的需要，山东还创办了数所高等专门学校。1906年，巡抚杨士骧与提学使连甲创办山东官立法政学堂，培养审判人才。学堂以招收学制一年半的短期班为主，9月份第一班开学，共122人。1908年1月，109人按期毕业。至1912年3月学堂改为山东第一法政学堂止，学堂共培养毕业生934人。1910年，提法使胡建枢创立山东法律学堂，学制2年，专门培养司法人才。第一次招收3个班，600余人。1912年，改为山东第二法政学堂。1906年，为培养高等农林知识人才，山东筹银7万两，创立山东高等农业学堂，学制3年。
二、中等教育
山东近代中等教育始于1902年，分官立中学堂和民办中学堂两大类。早期的官立中学堂大都由书院改设。据《第一次中国教育年鉴》记载，1902年至1906年之间，山东官立中学堂设立情形如下：1902年，东昌府启文书院改设东昌府官立中学堂；青州府松林书院改设青州府官立中学堂。1903年，济南府济南书院改设济南府官立中学堂；曲阜县昌平书院改设曲阜县官立中学堂；沂州府琅琊书院改设沂州府官立中学堂。1904年，泰安府岱麓书院改设泰安府官立中学堂；武定府敬业书院改设武定府官立中学堂；曹州府佩文书院改设曹州府官立中学堂；登州府在城内北大街设登州府官立中学堂；兖州府就兖沂曹济道署设兖州府官立中学堂；济宁州就运河道署设济宁州官立中学堂。1905年，临清州在钞关街设临清州官立中学堂；胶州在北大楼设胶州官立中学堂。1906年，莱州府就考院设莱州府官立中学堂。
1904年的《奏定中学堂章程》鼓励设立民办中学堂，把一人出资兴办的中学堂称为私立中学，由众人集资兴办的中学堂称为公立中学。民办中学堂开始在山东出现，其中最著名的是1903年在济南开办的山左公学及公励中学堂。此外还有济南的东运中学堂，蓝村的胶莱公学，烟台的东牟公学及青州的公立中学堂等。
按照《章程》规定，中学堂学制5年，开设修身、讲经读经、中国文学、外国语、历史、地理、算学、博物、物理及化学、法制及理财、图画、体操共12门课程。1909年，中学分为文、实两科，文科以讲经读经、中国文学、外国语、历史、地理为主课，以修身、算学、博物、理化、法制理财、图画、体操为通习；学实科者以外国语、算学、物理、化学、博物为主课，以修身、读经讲经、中国文学、历史、地理、图画、手工、法制理财、体操为通习，从而使学生在知识构成上各有侧重，毕业后从事各项工作或升入高等学堂均有根柢。
三、初等教育
清末教育改革期间，山东把发展新式教育的重点放在中、高等教育上，试图通过中、高等教育的发展带动初等教育。山东最早设立的新式初等教育是各县高等小学堂。1902年，长山、惠民、嘉祥、郯城、高密、堂邑、馆陶、东平、牟平、胶县、诸城等县陆续设立高等小学堂。1903年，章丘、邹平等60余个县也相继设立。1904年，各州县设立的高等小学堂已有80余处。除此之外，官绅也自己出资建立小学堂，如《东方杂志》1904年第7期载，济南中学堂教习萧翰香创办民立第二小学堂，某志士在省城小沧街创立半日学校，莒县和诸城的县令分别在其境内创立半日学堂。
与新式学堂并存的是大量的旧式学塾。1907年，提学使朱益藩对学塾进行调查整改，合并过小学塾，按新颁布的学堂章程开设课程。1908年，提学使罗正钧又倡导广设初等小学，改良旧式学塾。山东兴起创办初等教育之风。至1909年，山东共设立新式小学堂3856所，学生共计56014人。其中，高等小学堂138所，学生4327人；中等小学堂129所，学生4518人；初等小学堂3536所，学生46174人；半日小学堂50所，学生884人；女子小学堂3所，学生111人。
四、师范教育
1902年，《奏定学堂章程》规定，师范分为优级师范学堂和初级师范学堂两级。优级师范学堂以造就初级师范学堂和中学堂的教员、管理员为宗旨，属高等教育。初级师范学堂以讲明教学、管理方法为宗旨，属中等教育。在《章程》颁布当年，山东巡抚周馥便在山东大学堂内设立师范馆，这是山东最早的师范教育机构。在此基础上，1903年10月，山东师范学堂成立，这是山东正规师范教育的开始。学堂第一期招收学生80名，学制3年，称长期班。1904年5月，该班分为长期与速成两班，速成班2年毕业。1905年11月，长期班、速成班分别改为完全科、简易科，完全科学制4年，简易科学制2年。同时，从完全科中考选部分学生组成优级师范生班，分文、理两科。文科班侧重历史、地理，开设论理、伦理、经学、教育、国文、历史、地理、英文、东文、图书、体操等课程。理科班侧重物理、化学，开设论理、伦理、经学、教育、国文、数学、物理、化学、博物、东文、图书、体操等课程。1910年，山东师范学堂初级师范学生陆续毕业，学堂改称山东优级师范学堂，将学科分为四类：第一类以中国文学、外语为主；第二类以地理、历史为主；第三类以算学、物理、化学为主；第四类以植物、动物、矿物、生理学为主。学制均为3年。据不完全统计，1911年从学堂肄业的学生为289名。
为了更快地培养师资力量，1904年，山东决定于各府及直隶州设师范传习所及初级师范学堂，各州县设简易师范传习所。传习所学生毕业后，可入初级师范学堂。1905年，济南师范学堂又增设优级师范科，1907年**为优级师范科学堂。
据1910年统计，全省共设优级师范1所，初级师范15所，1年毕业的师范传习所44处。山东近代师范教育体制基本确立。
五、实业教育
近代山东对发展实业较为重视。袁世凯任巡抚时，奏请设立农工商务局；周馥任巡抚时，曾在各地设立农桑会。这些均对实业教育的开展起了推动作用。实业教育的主体是农桑类学堂和工业类学堂。
农桑类学堂以青州蚕桑学堂和兖州初级农业学堂办得最有成效。青州蚕桑学堂是山东最早的实业学堂，1903年7月由山东学务处筹银5000两创立。总办为朱钟琪，监督是益都县县令李祖年，教习由杭州蚕学馆优等毕业生充当。第一届收学生10名，由长山县选送。后来，学生每届30人，由周围各县选送。学生的学业成绩较好，受到日本农学士的夸奖。1904年8月，兖州蚕桑学堂改为兖州初级农业学堂，开设普通和实业两科。普通科设修身、中国文学、算术、格致、体操5门课程。实业科分农业、蚕业、林业、兽医4类。学堂每年招收学生40多人，经费约5000两白银。
1906年9月，山东筹银7万两，创立山东高等农业学堂，学制3年。第一届收取学生120名，77名于1909年按期毕业。1910年3月，学堂设立高等正科，招收农、林各1班。81人于1913年按期毕业。
山东的农桑类学堂还有郯城马头镇孙霭庭自办的农桑学堂以及济宁农业初级学堂、历城农林学堂、蒙阴蚕桑学堂、黄县蚕桑学堂、菏泽农桑小学堂、濮州的初级农桑学堂、夏津的实业补习学堂、齐河农业学堂等。
工业类学堂以设于济南的教养局规模最大，该局收容乞丐，教以造靴、织布、制绳等工艺，学员一度达500余人。兖州太守设立的艺徒学堂招收12至15岁的儿童，每届30人。课程分普通科和工科，普通科4门课程：修身、国文、算术、体操。工科9门课程：纺织、编席、绞绳、木工、卷烟、制履、制燧、制烛、制皂。山东的工业类学堂还有1904年沂州知府设立的教养局、同年创立的鱼台习艺所，1906年设立的黄县实业学堂、同年创办的齐东工业补习普通学堂，1907年设立的夏津工艺传习所，1908年创办的东昌府实业学堂等。
六、留学教育
山东的留学教育一开始是为解决省内师资缺乏而进行的。1903年6月，周馥派试用道方燕年选带55名学生，赴日本宏文书院学习新式教学方法。学生分速成与长期两班。1904年，速成班39名学生毕业返回山东，长期班16人留东京继续学习。同年，周馥上奏清廷：“东省自设立学堂以来，延请洋务各学教习，皆不过略通一艺，求其兼备数艺或精深专门者颇乏其人，以致风气未能大开，学生鲜有进步。特拟派大学堂学生十二名赴外洋学习，以备教习之选”。这一年，山东连续3次派遣学生赴日学习，共56人。在官方派遣留学生的同时，自费留学之风兴起。1905年底，湛培祺、张克仁、郑玉成、张百泉等人自费赴日留学；1906年，留日学生丛禾生回国，鼓励人们出洋留学，仅登州一府即有**十人出洋留学。
最初，山东留学生大都到日本学习，后来，逐渐有人到了英、法、美、德等国。至辛亥革命前夕，山东公费、自费留学生有姓名可考者大约360人，有人对其中162人的留学去向做过分析，至日本者150人，至美国者5人，至欧洲者7人。他们人数虽少，但由于较早地掌握了现代科技知识，接受了资产阶级思想，对山东社会发展具有很大的影响力。
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