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中美两国的高等工程教育都萌芽于追求独立的民族工业进而实现独立的进程中。18世纪末美国为了摆脱欧洲殖民者的控制，以及19世纪末中国通过发展实业实现富国强兵和社会现代化的目标，为两国工程教育的兴起提供了相似的环境。虽然两国的工程教育萌芽相距近100年，而且美国在独立战争取得胜利之后迅速走上了工业化的道路，而清政府“师夷长技以制夷”的方法最终未能力挽狂澜，但两国萌芽期的工程教育却呈现出许多相同的特点。
首先，中美两国正式的工程教育都是从军事领域开始兴起的，然后再逐渐过渡到民用领域。因此，工程教育从诞生之日起，就与国家的命运密切相关，一方面两国都要通过工程教育实现军事技术和装备的发展以及军事实力的提高，从而能够抵御殖民压迫；另一方面，工程教育为民族经济的发展提供了技术上的支撑和人力资源，使两国从根本上强大自身的实力，实现民族独立。
在独立战争之前，北美的发展主要依赖于殖民国家，以资源获取为主的殖民统治并不需要过多的技术和教育，少数的需要也可以从殖民的母国得到。而且，此时的欧洲，虽然已经早在1747年就建立了世界上第一所正式的工程教育学校（Grayson，1993），但工程教育还主要集中在军用领域，来到美国参与建设的也主要是军事工程师或者工程兵。美国的工业基本上全部依赖于从宗主国进口，仅有的农业和原材料的生产也受到殖民国家的严格限制。受殖民国家的影响，美国最早的、正式的现代工程教育也主要从军事需要出发，并且有非常强烈的实用主义导向，集中在专业技术培训和简单的科学学习。独立战争期间，美国军队深刻地意识到工程技术对军事的重要影响，于18世纪90年代在哈德逊河的西点地区建立了一所军事学校，开始培养美国自己的军事工程师（Grayson，1993）。但直到1802年，美国联邦陆军军官学校（The United States Military Academy），也就是常说的西点军校（West Point），才正式成立。
独立战争之后，美国对民用工程师的需求变得真实而急迫。在“争取工业独立的爱国主义精神的激励下，美国工程业（engineering）的发展正式开始了”（Mann，1918）。为了提高生产力，人们需要掌握更多的科学信息，传统的学徒式教育已经不能满足社会的需要，各地出现了很多自学小组、夜校和讲习所，以培养军事、机械、农业等技术人员为主要目的的专门技术学校应运而生。尽管这些学校或课程尚属于纯粹技术性的教育，缺乏科学和工程原理的研究，也没有正式成为高等教育中的一个独立学科，但已经是现代高等工程教育的萌芽（张维等，2003）。1819年，西点军校早期的毕业生奥尔登·帕特里奇（Alden Partridge），离开西点在诺威奇（Norwich）建立了美国文学、科学和军事学院（American Literary，Scientific and Military Academy）。这所学校虽然仿造西点军校的模式建立，但是并不要求所有学生都穿军装或服兵役（Ellis，1911），而且已经有了民用工程教育。1824年，史蒂夫·凡·伦斯勒（Stephen van Rensselaer）在纽约州建立了美国第一所完全民用的工程教育学校——伦斯勒学院（Rensselaer Institute）。建校后不久，土木工程就成为这所学校最主要的专业之一。在此之前建立的西点军校虽然主要是为军事服务，但也逐渐发展起民用工程专业，为美国培养经过科学训练的工程技术人才，顺应了当时社会大兴土木的需要。
鸦片战争失败后，清政府建立起制造局、船政局、枪炮局等军事企业，希望能够增强军事实力，巩固国防。但由于中国传统的教育无法培养新式企业所需的人才，这些企业也并没有掌握核心的技术。在这些企业里工作的工人主要是缺乏基础知识和技术训练的农民，他们只能从事简单而机械的工作。而技术则来自从国外聘请的技术专家和技师，他们掌握了企业的核心和命脉。大量的外国人在官办企业中垄断了技术，威胁到企业和国家的安全，所以洋务派主张引入西方的教育体系。1866年建立的求是堂艺局（福州船政学堂）是我国近代史上最早的军事专门学校之一，也是最早的新式工科专门学校。后来，洋务派又逐渐建立了10所培养海军陆军军官、造船工程师、驾驶员、采矿工程师、测量员等军事技术人才的学堂，为中国工程教育的发展开辟了道路（王孙禺，2013）。
随着资本主义经济的发展，中国工程教育逐渐开始由以军用型工程学校为主、培养军事工业技术人才为主要目标，转向以通用型工程学校为主、为民用工业培养普通工程技术人才为目标的现代工程教育的转型，其转折点是1894年中国在甲午战争中的惨败（史贵全，2003）。洋务企业和民间资本都开始创建航运、煤矿、电信和纺织等民用企业，并开办各种层次独立的工程技术学堂，培养新式工、矿、交通等现代工业技术人才；原有的高等学堂里也出现了工科课程。1895年创立的天津中西学堂是其中最具代表性的一所，设立了土木工程、机械工程和采矿冶金三个工程专业，有学者认为这是中国高等工程本科院校的最早雏形，而专科层次的高等工程教育则可以追溯到福建船政学堂（史贵全，2003）。
其次，中美两国的工程教育在发展初期都大量移植了外国，特别是欧洲的教育模式。当两国各自处在被殖民的年代时，工业发展和技术水平都远远落后于殖民国家，依靠自身的传统学徒模式和教育体系无法孕育现代的工程教育，因此在教学设计、教师、教育管理等方面对欧洲等国有很大的依赖性。
进入19世纪，美国的工业发展迅猛，国土面积也大规模扩张。广袤的土地等待开发，大量公路、铁路和运河等基础交通设施需要修建。工业革命和领土扩张促进了科学的进步和复杂机械的不断涌现，需要人们具备更高层次的工程技术，就必须依靠系统和正式的学校教育。美国陆续出现了更多的工程学院，采用欧洲学院式的教学模式，并且授予学位。例如，1846年，本杰明·富兰克林·格林（Benjamin Franklin Greene）接任伦斯勒学院的主任，将学校改名为伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute），并提出新的教育理念，按照欧洲技术院校的模式进行了重新改组，强调人文学科、数学、物理和技术知识的同步学习，工程教育要同时培养科学人才和应用人才，使其成为一所普通多科性技术学院。
鸦片战争失败以后，以洋务派为代表的一些有识之士开始关注西学，从单纯注重科学技术“格物致理”的“器”的层面逐渐发展到移植欧美的工程教育模式，很多新建的学校在学制、专业和课程设置、教学方法甚至教学资料等方面都以欧美的学校为蓝图，希望用西方的教育方法培育掌握新知识和新技能的现代化工程科技人才，从而能够真正独立地发展军事和民用企业，实现富国强兵的目标。例如天津中西学堂就在很大程度上模仿了哈佛和耶鲁的模式（史贵全，2003）。
再次，两国的工程教育都注重实践。在当时的历史背景下，两国迫切需要的是应用型工程技术人才，工程教育机构所扮演的角色是提供大量正规、系统的工程技术训练以及少量基础的科学文化知识。
1904年，清政府颁布了《奏定学堂章程》，即“癸卯学制”，在全国推行实施。在这个教育体系中，实业教育是一个很重要的组成部分，工业学堂也在其中，其目的是“以振兴农工商各项实业，为富国裕民之本计”（舒新城，1961）。初等和中等的实业教育“以授工业所必需之知识技能，使将来实能从事工业为宗旨”（舒新城，1961），而高等工业学堂“以授高等工业之学理技术，使将来能经理公私工业事务，及各局长工师，并可充各工业学堂之教员、管理员为宗旨”（舒新城，1961）。《章程》所确立的工程教育有很强的职业教育特点，以传授技术为主，使毕业生能够进入工业行业。实现这一目标的一个重要保证是当时工厂与学校的密切联系。很多学校是“厂校一体”的办学模式（史贵全，2003），工科学生有天然的实践基地，教学过程与工厂实践密切结合，培养出来的毕业生也大多直接输送到工厂里面工作。
美国的工程教育也从英法殖民者那里继承了强烈的实践和创业传统，实用性的重要程度被放在专业训练和科学探索之上。这与当时的大学传统有很大的不同，教学是一种辅助，而不是主导，“严格来说，这些早期的工程教育是纯粹技艺性的教育，单纯传授应用知识，还缺乏科学的导入即工程技术原理的研究”（张维等，2003）。19世纪，大部分的美国工程师都是在实践中接受培训的（Kaiser，2008）。
在这样的背景下，两国最先发展起来的工程专业都是土木、机械、冶金等，充分体现了国民经济发展的急迫需要。
最后，中美两国的工程教育在发展初期都经历了一个与传统教育融合的过程。工程教育作为一个新兴的教育领域，与传统教育体系和教育理念有很多不同之处，甚至受到传统教育的排斥，因而工程教育发展缓慢。这使得两国的工程教育从出现开始就有了特殊的定位，也决定了日后工程教育发展的目标及特色。
“癸卯学制”所确立的初、中等工程教育有很强的职业教育特点，以传授技术为主，使毕业生能够进入工业行业。而高等工程教育则和整个高等教育体系一样，强调通识教育，“端正趋向，造就通才为宗旨”，学生的学习内容广泛，毕业生除了参与实际的工程工作，还具备管理、教学、经营等综合能力。这是新式学堂的“术”融入中国注重人文知识、讲究道德修养的传统教育的“学”而产生的教育理念。在中国晚清学、术合一的知识价值观下（邓红利，2007），中国的现代高等工程教育从一开始就不是单纯的职业教育，而是以深厚的通识教育为基础的专业教育，既保证了“教化万民”，又能适应工业化对文化知识的客观需求。虽然这样的教育理念是在外敌入侵、民族危亡的背景下的一种被迫选择，但对工程教育本身来讲，却是一种幸运。“癸卯学制”使中国的高等工程教育在制度化的起步阶段就获得了正式教育的地位，得以进入综合大学（史贵全，2003），这与美国高等工程教育相比，是一个很大的优势。但是，在中国社会长期以来所形成的“学而优则仕”的官本位思想影响下，科学技术向来被视为“奇巧淫技”，实业学校虽然进入了正式教育体系，但在实践中，它所传授的技术知识并未受到人们的重视（罗茨曼，1998），工程教育的发展非常缓慢（王孙禺，2013）。
美国的工程教育在一开始却并没有得到传统大学或学院的认可（尽管这些大学已经开设有与工程相关的课程），纯科学的支持者坚信自然规律及其应用之间有很大的距离，工程学科不能和科学相提并论（埃兹科维茨，2008），因此很多工程学院都是独立的学校。虽然1836年弗吉尼亚大学建立了土木工程学院，1847年哈佛大学建立了劳伦斯科学学院，耶鲁大学建立了谢菲尔德科学学院。但这些学院在入学标准、学生地位和毕业标准方面都远低于大学传统的文理专业（Grayson，1993）。
从表面上看，出现这种结果的原因之一是这一时期的工程教育专业的教学年限一般都比较短，从一年到三年都有，与传统的四年制教育模式无法衔接。大多数学校的教学内容都集中在科学知识及其应用上，而且毕业生数量也很有限，从19世纪30年代到60年代的30多年历史里，仅有不到300名工程师毕业于这些工程学校（Grayson，1993），更多的人还是在实际工作中成长起来的。直到1862年，所有学校才全部变为四年制，有了统一的教学模式：前两年主要是基础科学的学习，后两年学习如何将这些基础科学知识应用到理论和实践问题上。但从根本上讲，工程教育是否能够被传统教育所接纳，取决于它的基本性质：如果它的定位是传授技术的职业教育，那么必然会与追求通识的精英教育存在区别，因而无法得到认可。如果工程教育能够超越单纯的工程技术，将其上升到科学原理的应用，甚至通识技能的培养上，它就能够与传统教育保持一致的目标，并极大地丰富传统教育的领域。
事实上，工程学校建立的初衷是传授科学知识及其应用，已经超越了传统的学徒式模式。我们可以对比早期的法律和医学教育，后两者采用了和学徒式紧密结合的教学方法，以实践或技术教育为主，不同于传统的大学教育，是明显的专业教育。相比而言，工程教育更偏向于知识传授的科学教育或者科学通识教育的一部分，职业化倾向并不明显。这一起源，是工程教育区别于其他专业教育的一个突出特点，也深刻地影响了工程教育的发展。直到今天，美国的法学和医学教育都主要在研究生层次，硕士以上学位才是进入律师或医生职业的基本教育要求。而工程教育从本科阶段就开始了，在很多国家获得学士学位的工科毕业生积累一段时间的实践经验，就可以获得工程师资格。从这个意义上说，工程教育并不是典型的职业教育。
由此看来，无论中国还是美国的工程教育，其根本定位都不是职业教育，这是它与技术教育区别开来的重要特点。虽然它的初衷是要为国家培养掌握熟练技术的人才，但工程教育包含了更广泛的内容，受到更多因素的影响。随着工程教育的逐渐发展，这些因素的力量逐渐显现出来，塑造了中美两国的工程教育独特的发展路径。
由于中国的高等工程教育在诞生初期就非常注重工程实践能力的培养，因此，各个学堂都需要工程实践经验丰富的教师，而当时的工程学校大多是由企业创办的，有天然的实习基地，企业的工程技术人员兼任实践指导教师甚至专业课的主讲教师，使工程教育与生产一线保持着密切的联系。另外，讲授理论课程的教师多是外国人，当时很少有华人教师具备丰厚的新学资本，从而能够在高校占一席之地。即使新式学堂培养出来的毕业生，沿用外国教师的课程表，也不足以承担新式教育的重任（田正平等，2006）。
“癸卯学制”所规定的教育体系中还有单独的师范教育，针对实业教育颁布了《奏定实业教员讲习所章程》，以“教成各类实业学堂……教员为宗旨；以各种实业师资不外求为成效”（舒新城，1961）。实业学堂的教员也包括参与工业教育的教师，提出了近代工程教育发展对师资的基本需求：培养自己的工科教师。该学制对各级各类学校教师的职称、职责及任职资格都有明确规定，大学堂和工业学堂的教师应受过良好的教育训练，至少要达到选科毕业水平或者为留学归国的毕业生。但当时各学校规模很小，毕业生不多，因此要从国人中挑选受过新式教育并具有一定工程知识的人非常困难，“癸卯学制”又提出可以由外国人来充当教师。因此，这一时期的高等工程教育的师资基本由科举出身的文人、早期新式学堂的毕业生以及外籍教师组成。特别是在大学堂，来自欧美的外籍教师占了相当大的比例。文人主要教授中文和伦理等通识课程，新式学堂的毕业生教授外语和物理等基础课及部分专业课，而主要的专业课程则由外籍教师讲授。随着高等工程教育的发展，从新式学堂毕业的学生以及从国外留学回国的学生留校任教的人逐渐增多（见表2-1），为高等工程教育提供了部分的师资。这些教师的成长轨迹主要是从学校到学校，所承担的工作也以理论教学为主。由于数量的稀缺，有很多教员同时担任几所学校的教职。
表2-1 各种实业学堂工科教师构成表
尽管从整体上来说，这一时期的工程教育的发展进程比较缓慢，但教师的数量有了明显的增加，1907～1909年的三年之内，工科教师数量增加了近2倍，说明整个工程教育的教师数量缺口还是很大的。与美国相比，由于中国当时缺乏成熟的高等教育体系，师范教育也处在刚刚起步的阶段，初、中等新式学堂的教师尚不能自足（琚鑫圭等，1994），水平更高的大学教师更是缺乏。因而当时工科教师的水平参差不齐，教育程度大都比较低，在一定程度上影响了工程教育的质量。但同时，这又决定了工科教师来源的多元化，中西文化、传统与现代的交融和碰撞在教师中就有所体现。如上文所述，实业学堂工科教师队伍还包括了一支直接在工厂一线工作的工程师和技术人员队伍。他们继续发挥学徒制教育的优势，为工程教育注入了丰富的实践经验。
奥尔登·帕特里奇（Alden Partridge）毕业于西点军校，他在1806年被授予美国第一个工程师中尉，随后被任命为西点军校的教师。1813年9月，他成为西点军校的工程学教授，这是美国第一个获此头衔的人（Grayson，1993）。
1824年夏天，植物学家阿莫斯·伊顿（Amos Eaton）到纽约州伊利运河沿岸地区开展地质学研究的同时，在附近的小镇上讲授自然科学课程。他在讲授过程中穿插了演示实验，使听众能够更清楚直观地理解和学习自然科学知识。之后，阿莫斯协助伦斯勒建立了伦斯勒学院，而之前的那些非正式的教学活动为学院的建立奠定了良好的基础。这所学院不仅培养了美国第一批经过专业科学训练的工程技术人才，而且培训了很多应用科学教师，通过讲座和其他方式，指导更多的农民和技师学习自然科学、哲学、经济、艺术、机械等知识，并在工业生产中应用。（Rezneck，1968）而他所采用的科学知识和实验相配合的教学方法直到今天仍然是工程学科的主要教学法之一。
30多年后的1858年，另一名地质学家威廉·巴顿·罗杰斯（William Barton Rogers）在波士顿进行了同样的工程教育探索，他利用各种机会向工人讲授如何在工作中运用自然科学知识。他在1861年建立了麻省理工学院，并且招纳了9位对教育问题非常感兴趣的老师进入麻省理工学院早期的教学团队。
可以看出，美国早期工程教师的一个特点是教师本身多是教育者，而不是实践者，即他们本身并不是工程师，却更关心教育的问题。这与美国的工程教育在诞生时的定位密不可分。首先，学校里系统的工程教育是对传统的实践式教育的补充。工程教育的一个重要任务是普及科学知识及其在工程实践中的应用。独立战争之后，美国迅速开始工业化的进程，为工程教育的产生和发展提供了坚实的基础。工业化的过程中，大量的人力投入到工程领域的工作中，具备丰富的实践经历。而同时整个国家也深刻意识到专业化的科学和工程知识的重要性，因此对学校的工程教育产生了需求。其次，工程教育诞生时，美国已经有比较成熟的现代高等教育体系，在人文科学和自然科学领域已经向高等教育界和全社会输送了大量高水平的人才，包括大学的教师。例如，上文所提到的奥尔登·帕特里奇自身就已经接受过良好的高等教育。在有意无意中，他们将古典学院的精神带进了工程教育。