张之洞并非职业教育家，但通经致用的个人阅历与兴学育才的丰富实践，使他对于教学规律形成基本认识，即“学之为事，讲习与历练兼之”。无论是开设旧式书院，还是创办新式学堂，他的这一教学论思想始终一以贯之。
张之洞是正途科举出身，但他绝非读死书的冬烘。他一向认为，一切学术“要其终也，归于有用”。“读书期于明理，明理归于致用”，“非欲驱引人才尽作书蠹也”。他毕生追求的是“经（国）济（民）之道”，而“经济之道，不必尽由学问（书本知识），然士人致力，非书无由”，为了弥补这种缺陷，张之洞十分强调“讲习与历练兼之”，亦即课堂学习与社会实践的结合。他告诫诸生，“要之学以躬行实践为主”。当然，张之洞所谓的“实践”，并不等同于我们今天所讲的改造自然、改造社会意义上的实践，其要旨在引导青年学于关心事功，以维系晚清国势。但是他据此提出的“讲习与历练兼之”的思想，基本符合教育学规律。
基于这一思想，张之洞主张生动活泼的教学方法，反对死读书，读死书。他认为读书“不贵多，贵真；过目不贵猛，贵有恒；不贵涉猎，贵深思；不贵议论，贵校勘；不贵强记，贵能解”。他反对加重学生负担，搞疲劳轰炸，“必有余力，乃可读书”。在与梁鼎芬讨论两湖书院课程设置的信简中，张之洞写道：
“行检二百题，诚觉其多。三年学生断不能作许多题，若其作完，则与小试元异，但有交卷之功，断无读书之暇，一也。况又兼习各门精细繁重之学，学生安能人人有此敏才强力，外人必以为各门皆是敷衍，教不真教，学不真学，二也。如其真学，诸生断不堪其苦，外人必议其过于繁苛，三也。更有一要义，行检一门，所重在行，若题目过多.外人必议日此仍是考文，非考行也，四也。”
在教学法方面，张之洞认为，“山长之教法……非善诱不可”，启发学生思维，举一反三，“课一解即通一经义也，课一论即知一史案也”。他主张诸生相互切磋，“经史繁重者，一人翻之则畏难而自废，同力检之则多得。疑义难解者，独坐冥思则窒，诘难推求，谈谐趣妙则通。此友之益亦师之亚”。
转化为洋务派以后，张之洞在创办新式学堂，培养各类专业技术人才时，更加注意将课堂传授知识与实际演练操作结合起来。光绪十二年（1887年），他开办广东水陆师学堂，规定学生每年九个月在校学习，三个月到军舰和军营实习。如遇外洋各国作战，可“拟照西国通例前往观览，以资考镜实事”。为了训练学生的动手能力，学堂附没有机器厂一座，厂内装有各类机床十七台。另外，水师学堂还配备广甲轮一艘，作为学生练习用船。光绪二十四年（1898 年）.张之洞在武昌开办湖北农务学堂。为方便学生实习，学堂专门由大东门内迁移至武昌城北武胜门外多宝庵（今湖北大学校址），以与农事实验场相毗连。
为了使“讲习与历练兼之”收到最好的效果，张之洞又区分”学之为事”为“专门著述之学”与“学堂教人之学”两类。“专门之书，求博求精，无有底止，能者为之，不必人人为之也。学堂之书，但贵举要切用，有限有程，人人能解，且限定人人必解者也”将学堂教育内容的深度与广度确立在一个适当的范围之内，不仅符合普及教育的目的，更为学生将书本知识与实际生活联系起来理解、掌握、运用自如，提供了可能的条件。