戊戌變法后，蔡元培認為只有教育才能救國，于是在政變發生后不到一個月，他便從北京回到故鄉紹興，走上了教育救國的道路。
1898年12月，蔡元培被聘請為紹郡中西學堂總理（即校長）主持校務。
中西學堂將古貢院的山會豫倉作為校舍。這里環境清幽：校舍前是一條清清的小河，河對面是蔥綠蒼翠、拔地而起的龍山，古龍山學院就在山的另一坡。學堂依學生程度分為三齋，略如后來的高小、初中、高中一年級。
蔡元培學識淵博，造詣嶄遠，上任后，將滿腔熱忱與心血傾注于他平生第一次從事的辦學事業。他所做的第一件事就是聘請稱職的教師。如以杜亞泉為算學、物理教員，以薛閬仙為經學、詞學教員等。這些教員，都是當時紹興“極一時之選”的人物。為提高學堂的教學質量，蔡元培還不惜重金聘請外籍教員，如教日文的中川外雄等。
在教學方法上，他實行因材施教：根據學生國學程度的高低分為三齋，分別教授國學課程，第一齋蒙學齋，第二齋詞學齋，第三齋理學齋。同時學生又可按自己算學，外語程度，到不同級別去聽課，并不受原來所在齋的限制。
蔡元培所做的另一件有意義的工作是增設課程。在他掌校期間，中西學堂課程除講授中國文學經書和歷史之外，還開設西洋學科，如物理、化學、動植物學等，使學生們接觸到了近代自然科學知識，激發了他們的科學興趣，改變了他們的思想觀念。新學科對這些學生的影響頗深，當時第一齋念書的蔣夢麟回憶到那是他第一次知道地球是圓的，而不是平的。在蔡元培的嚴格管理下，當時在中西學堂就讀的學生，不少在后來的文教界有所表現。如后來曾擔任北大校長的蔣夢麟和地質學家王烈便是那時候第一齋小學生，后曾任中央研究院秘書的馬禩光和任浙江省教育廳科員的沈光烈，則是第三齋的高材生。其他較有名氣的還有許壽裳，壽昌田，李雪身，蔣夢蘭，蔣夢桃。
從紹郡中西學堂，到上海南洋公學（上海交通大學前身），再到北京大學，他培養了一大批愛國學生。他的教育之路，正如《論語》所言:“士不可以不弘毅，任重而道遠。
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