丁家立在规划筹建北洋大学堂之时，之所以要分设头等学堂（大学本科）与二等学堂（大学预科），就是为了在当时中国的普通教育尚未全面兴起的背景下，由二等学堂直接为头等学堂培养和提供合格的生源。1895年9月7日，丁家立首次在《直报》上刊登招生启事，称“本总教习拟在天津、上海、香港招集头等学堂一班学生、二等学堂三班学生”。一开始，盛宣怀曾错误地认为，“二等学堂即外国所谓小学堂也”。不过，很早就有学者指出，按照盛宣怀的计划，由于“二等学堂招收十三岁至十五岁的学生，‘按其年岁，考其读过四书，并通一二经，文理通顺者，酌量收录’。如此，则二等学堂不是‘外国所谓小学堂’，而是外国所谓中学堂了”。二等学堂的学制定为四年，如此一来，“第五年起，每年即可拨出头班三十名，升入头等学堂”。但在另一方面，盛宣怀又考虑到，“惟目前急于成材，若候至五年后设立头等学堂，实有迟暮之憾”。于是，为了加快人才培养的速度，盛宣怀便决定，“拟向上海、香港等处召集已学西文、算学四五年者，精选三十名为第四班，第二、三、四年仿此办法”。在9月19日正式上呈王文韶的禀文中，盛宣怀将头等学堂的招生方案正式确定为：“本年拟先招已通大学堂第一年功夫者，精选三十名，列作末班，来年即可升列第三班，并取二等之第一班三十名，升补头等第四班之缺，嗣后按年递升……”

1895年9月中旬，丁家立首次在天津招考头等、二等学堂学生，但结果很不理想，最终录取者寥寥无几。9月下旬，丁家立又与二等学堂总办蔡绍基前往上海招生，此次招生“皆以英文为重”，“考取极严”，在70多名报考者中，最后录取二等学堂学生50人，其中头班7人，二班15人，三班28人。10月初，丁家立、蔡绍基又来到香港招生，当时共有295人报考，最终录取67人，其中仅有来自广东东莞的王宠佑、王宠惠兄弟2人首批被选入头等学堂，其余65人均只能暂入二等学堂学习。另外，在这67人中，有35人曾肄业于香港最早的官办中学——皇仁书院。10月17日，丁家立在香港正式公布了招生结果，并且特别表示：“此次取中之二等学堂学生，其中如有读过几何、代数等学，实因一时不慎，成稍为生疏，以致不能取入头等学堂者，正可及时用功温习，俟到津后再行复试补取可也。诸生勉之！”由此可见，在北洋大学堂筹办之初，由于头等学堂合格生源难觅，丁家立便稍作变通，对那些被录取到二等学堂的学生再作一番筛选，通过“复试”从中择优“补取”，以求头等学堂能够尽早开办。

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