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同文馆设立之初，只是单纯学习英、法、俄三国外语的学校。但随着自强运动的推进，恭亲王、文祥、曾国藩、李鸿章等人开始觉察到，若要切实做到“师夷长技”，造出洋枪洋炮，就必须去学习制造原理，而要学习制造原理，则中国以经史教育为主体的传统教育显然已无法满足人才的需要。
当时著名的洋务思想家冯桂芬即认为：“一切西学皆从算学出”。这种观点之后看来不尽准确，但却道出了要害——要学习西方科学技术，则必须先培养具备算学、物理、化学等自然学科基本常识的知识分子，仅仅学习外语是远远不够的。
在这么样一种背景下，恭亲王与曾国藩、李鸿章、左宗棠等人在1866年年末正式奏请朝廷在京师同文馆内添设天文算学馆，理由很明确——“洋人制造机器火器等件，以及行船行军，无一不自天文算学中来”。
应该说，恭亲王文祥等人对此举可能遭致的阻力，事先已有一定的心理准备。在奏章里，恭亲王提前给朝廷打了一剂预防针：“论者不察，必有以臣等此举为不急之务者，必有以舍中法而从西人为非者，甚且有以中国之人师法西人为深可耻者，此皆不识时务也。夫中国之宜谋自强，至