章程修改后，学堂面貌逐渐改观，入学者增多。学制为5年，为给北洋水师培养海军人才，储备技术力量，学科主设驾驶和管轮两科，即轮船驾驶和轮机管理。学堂有中外籍教习授课，英文是主科，开设的课程有地理、代数、几何、水学、热学、天文学、气候学、绘图、测量及枪炮操演、鱼雷、机械仪器使用等。每星期两天学习中文经籍，目的是“教之经俾明大义，课以文俾知论人，沦其灵明，即以培养其根本。”课程修满后学生要上船实习，以期理论联系实际。
北洋水师学堂，是中国北方第一所海军学校。在此毕业的学生很多成为北洋海军的骨干，不少人在甲午海战中为国捐躯，有的成为后世名人。如现代女作家冰心之父谢葆璋、民国总统黎元洪，人们熟知的著名爱国教育家、南开大学创始人张伯苓先生，当年也就读于天津水师学堂。在校期间，张伯苓如饥似渴地学习近代科学知识，是该学堂驾驶科最好的学生。因受近代启蒙思想家、教育家，时任学堂总办严复影响，后来走上救亡图存、开办教育之路。
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