1877年3月，严复等30余人，搭乘官轮“济安”号离开福州前往香港。4月5日又登轮离开香港，分别前往英国和法国。
严复与萨镇冰、刘步蟾、方伯谦等12人到达英国后，其中六人即派登英国战舰实习，其余五人先入学，后仍被派登英舰至海洋实习。唯有严复一人始终未经登舰作海军训练，他先往朴茨茅斯学校(Portsmonth)肄业，然后进入皇家海军学院(RoyslNavalCollege);在英国完成预订选修课程后，又被派往法国作修学旅行，再回格林威治皇家海军学院学习。
格林尼治是伦敦的一个自治市镇，它位于泰晤士河口，是天然的海港，它的发展主要是凭借皇室的力量和英国的海上扩张。早在1423年，格治斯特公爵圈围这儿的土地作为猎场;后来皇族又在这里建造起皇家博物馆和王宫。1694年，威廉三世和玛丽王后邀请当时一批著名建筑设计师构建了一批辉煌的建筑。乔治二世时期，为安置对法作战的伤病士兵，创立海军医院。1871年，在原海军旧址创办皇家海军学院，为英国以及其它国家海军培养、输送专门人才。皇家海军学院的课程以学习海军基础理论为主，并注重教学与实践相结合。学员每天早上六点钟要分赴各馆上课，据严复向当时清政府驻英大使郭嵩焘介绍：“礼拜一上午学习重学、化学，下午画炮台图;礼拜二上午学习算学、格致学(包括电学)，下午画海道;礼拜三上午学习重学，论德法、俄土战例，下午自学;礼拜四与礼拜一同，礼拜五与礼拜三同;礼拜六上午论铁甲船情形，论炮弹情形，下午自学。”[20]学院教学十分注意学员能力的培养，严复给李丹崖抄录的“考课问目”(考问课目)是：“一日流凝重学合考，二曰电学，三曰化学，四曰铁甲穿弹，五曰炮垒，六曰汽机，七曰船身浮率定力，八曰风候海流，九曰海岛测绘”，而且“其中发问之处多足增广见识”[21]
皇家海军学院这种注重培养学生实际应用能力的教学方式，颇令封闭于满堂灌和习惯于死记硬背的中国学生大开眼界，他们在家读书有疑义，“听讲毕就问所疑，日尝十余人，各堂教师皆专精一艺，质问指责，受益尤多，我听讲时无余力质问，则录所疑质之，以俟其还答。诸所习者并归宿，练习水师兵法。而水师船又分三等：一管驾，一掌炮，一制造，管驾以绘图为重，掌炮以下以化学电学为用，而数学一项实为上本，凡在学者皆先习之，此西洋人才之所以日盛也。”[22]
严复在格林尼治皇家海军学院学习期间，怀着极大的兴趣和热情，如饥似渴地学习西方先进的近代科学，并将之介绍给国人，体现了他对科学的执着追求。1878年3月7日，严复与几位留学生被邀到清政府驻英使馆处出席宴会，宴席间，严复“议论纵横”，大谈科学发现，从“光速而声迟”，到钟表机械原理，到“洋人驾船皆以南北纬度的斜取风力”的道理，[23]给在场的人留下了深刻的印象。同年4月29日，严复又对来学院看望的李丹崖等清朝官员，“演示摩擦生电”[24]，并且探究“西洋学术之精深”的原理在于注重基础科学——“数学和重学”。5月2日，留英学生向李丹崖出示各自的留学日记，严复出示的《沤舸纪经》，内中记录的又是光、热、空气、水和运动，谈论兵船发展之趋势、铁船之利弊等，凝注了严复对近代科学研究的心血。
同时，严复还十分注意学习英语，其英语水平提高很快。当时驻英大使郭嵩焘称道他的英语水平“胜于译员”，以至每与英官员会谈和见面，“唯一邀严又陵同赴”。精通英语自然使严复如鱼得水，可以自由任意博览群书，或与英人交往，接受新近在英国流行的各种社会思潮和科学理论的熏陶;还为他归国后研读“西学”，编译《天演论》等西方学术名著，打下了扎实的语言基础。
留英期间，严复的专业，虽然有“考课屡列优等之语，但比较其他同学，并不突出。当时，刘步蟾、林泰曾两人成绩出众，而蒋英超“所造独深”。其他人如艺徒郭瑞圭、刘懋勋、裘国安等也均列优等;“浦消合考”，郑清廉且得第一名。故后来一般人说严复在英国时考试常列第一，陈宝琛《清故资政大夫海军协都统严君墓志铭》中亦说：“是时日本亦始遣人留学西洋，君试辄最”，恐怕并无依据。严复的真正兴趣似乎并不在海军，他未去军舰上实习就是一个明显的例证。严复当时所怀抱的志趣，已经不为“良将”的人生境界自限了，这一点已被时人所注意。郭嵩焘在向清政府汇报关于英法留学生学习成就时说“水师良才曰刘步蝎、方伯谦、萨镇冰、何心川”，而严宗光“以之管带一船，实为枉其材”，并说其他学子“其识解远不逮严宗光”，让严“交涉事务，可以胜利”。实际情形也是如此，严复在学校读书之外，还广泛接触了英国资本主义社会，这对他的思想发展无疑产生了强烈的刺激作用。这表明当时严复的思想已超越了洋务运动所标榜的练兵自强的局限，已着意于从更深层次探讨社会变革和振兴中华的根本之途。著名史学家吴相湘对此有中肯评价：“历来论者均以严留英回国后未展所长，不知最初之因材施教计划，严实用得其所。译述西洋名著，对国家之贡献，更出意想之外。而同时留学归来刘步蟾、林泰曾、方伯谦等，于甲午战争时身败名裂。萨镇冰较幸运且长寿，民国时任海军总司令，然其成就贡献比较严复实不可同日而语。”[25]至于“严复在第一届留英海军学生中之被如此特别安排，显示当局针对严之个性特别学识，因材施教，使其注重理论。乃有计划地培植，使其成为教育后进之领导人才。严复后来对国家服务即决定于此。而其对国家之贡献，实远超过最初计划。”[26]
19世纪70年代，正值维多利亚女王执政，英国资本主义已发展到鼎盛，资本主义社会所呈现的繁荣局面，恰与腐朽衰落的清廷，形成鲜明对比。严复身临其境，自然表现出倾慕服膺之情。例如，他去英国法庭，“观其听狱，归邸数日，如有所失”;认为这就是“英国与诸欧之所以富强”[27]的原因。因为他们不仅“司法析狱之有术”，还有“辩护之律师，有公听之助理，抵暇蹈隙，曲证旁搜，盖数听之余，其狱之情，靡不得者”。既然有这种良善的制度，自然“公理日伸”[28]了。又如他考察英国城市，见其治理得井井有条，认为“莫不极治缮葺完，一言以蔽之.无往非精神之所贯注”。再反观中国当时的情形，则大相径庭。他觉得造成这种差异的根本原因在于专制政治与立宪政治的不同。他说，在中国“谋国者以钳制其民之私便，必使之无所得为于其间，乃转授权于莫知谁何，视此如传舍之人，使主其地”，这样的社会自然公理不伸，上下乖离了。而西洋呢?由于有“议院代表之制，地方自治之规”，所以能“和同为治”，“合亿兆之私以为公”。生活在这两种截然不同的社会政治制度下的人民的命运迥然相异。中国人民都是“苦力”，而西洋人民都是“爱国者”;“夫率苦力以与爱国者战，断断无胜理也”。[29]他甚至从生理学的角度，论及英法人民身材的高矮，以及在学时不能婚娶等事实，以为“东方婚嫁太早之俗，必不可以不更，男子三十，女子二十，实至当之礼法，诚当以令复之，不独有以救弊，亦稍已过庶之祸。”由此不难看出，严复对英法社会观察之精细与关切层面之广了。
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