Брюс был выдающимся ученым-энциклопедистом — математиком, астрономом, физиком, он изучал медицину, минералогию и многие другие науки, был талантливым военачальником-артиллеристом, инженером-фортификатором, исполнял дипломатические поручения, имел чин генерал-фельдцейхмейстера (начальника всей артиллерии), занимал высокие государственные должности сенатора, президента Берг- и Мануфактур-коллегий.

В 1721 году Брюсу был пожалован титул «российского графа». (Титул графа существовал в европейских странах, служившие на русской службе лица, имевшие этот титул, сохраняли его. Введя титул графа в России, Петр I подчеркнул его отечественное происхождение примечательным добавлением «российский».) Современник Брюса известный историк В. Н. Татищев писал о нем, что был он человеком «…высокого ума, острого рассуждения и твердой памяти, а к пользе российской во всех обстоятельствах ревнительный рачитель и трудолюбивый того сыскатель». Петр I неоднократно говорил о его заслугах, но по сравнению с другими «птенцами гнезда Петрова» наград, чинов и поместий Брюс получил несравненно меньше. Видимо, потому, что заботился о «пользе российской» более, чем о собственной выгоде.

О раздумьях Петра по поводу создания в России научных и образовательных учреждений М. В. Ломоносов пишет следующее:

«Усмотрел тогда ясно, что ни полков, ни городов надежно укрепить, ни кораблей построить и безопасно пустить в море, не употребляя математики; ни оружия, ни огнедышащих махин, ни лекарств поврежденным в сражении воинам без физики подготовить; ни законов, ни судов правости, ни честности нравов, без учения философии и красноречия ввести, и словом ни во время войны государству надлежащего защищения, ни во время мира украшения без вспоможения наук невозможно».

Видимо, уже в Англии Петр с Брюсом обсуждали практические вопросы организации профессионального учебного заведения, потому что уже там Брюс представил царю, рекомендуя для преподавательской работы в России, известного ученого и педагога, профессора математики и астрономии Абердинского университета Генри Фарварсона, который согласился поступить на русскую службу. Были приглашены и еще несколько иностранных ученых и преподавателей, которые выехали в Россию в 1698 году.

По возвращении в Россию Петр сначала намеревался преобразовать Славяно-греко-латинскую академию в университет западноевропейского типа, но после беседы с патриархом Адрианом оставил идею соединить в одной аудитории будущих священников, офицеров, кораблестроителей, медиков, художников, юристов, сколь ни привлекательным представлялся утопический план, предусматривающий, что «…из школы бы во всякие потребы люди благоразумно учася происходили в церковную службу и в гражданскую, воинствовати, знати строение и докторское врачевное искусства».

Начавшаяся Северная война и создание флота, для которого нужны были люди, годные для морской службы, заставили Петра в первую очередь подумать об организации учебного заведения, которое готовило бы именно таких людей.

14 января 1701 года Петр издал указ об основании в Москве первого русского морского, или, как говорил сам царь, «адмиралтейского», училища.

В указе говорилось: «Именным своим великого государя повелением быть Математических и Навигацких, то есть мореходных хитростию наук учению. Во учителях же тех наук быть Английския земли урожденным: Математической — Андрею Данилову Фарварсону, Навигацкой — Степану Гвыну да рыцарю Грызу; и ведать те науки всяким в снабдении управлением по Оружейной палате боярину Федору Алексеевичу Головину со товарищи, и тех наук ко учению усмотря избирать добровольно хотящих, иных же паче и со принуждением, и учинить неимущим во прокормлении поденный корм… а для тех наук определить двор в Кадашеве мастерские палаты называемый Большой полотняный…».

Назначенные преподаватели осмотрели отведенное для школы помещение, бывшие ткацкие мастерские, и отказались от него, поскольку там нельзя было проводить практические занятия по астрономии и геодезии. «На том дворе учить тех наук учеников невозможно, — заявил Фарварсон, — для того что тот двор построен на месте низком, а надобно де тех наук двору потребну быть ради смотрения в совершенстве горизонта на месте высоком».

Четыре месяца спустя, в апреле, последовал новый указ, удовлетворяющий требованиям Фарварсона: «Сретенскую по Земляному городу башню, на которой боевые часы, взять со всяким палатным строением и с принадлежащей к ней землею под Школы Математических и Навигацких наук, которые велено ведать в Оружейной палате боярину Федору Алексеевичу Головину со товарищи».

С этого указа в истории Сретенских ворот начался новый и, пожалуй, наиболее яркий период, свидетельством и подтверждением чего служит тот факт, что само название «Сретенские ворота» вскоре было вытеснено новым — «Навигацкая школа». Приспосабливая здание Сретенских ворот под школу, М. И. Чоглоков произвел внутреннюю перепланировку помещений: были устроены классные комнаты и большой зал, названный Рапирным, для занятий фехтованием и гимнастикой. В нем же происходили различные заседания и ставились спектакли.

В башне была устроена астрономическая обсерватория. В ней разместили привезенные Фарварсоном астрономические инструменты, телескоп, часы и библиотеку.

Учеников поселили частично в самой школе, частично на постоялых дворах в соседних Панкратьевской и Мещанской слободах.

Петр предполагал, что в Навигацкой школе будут учиться боярские, дворянские, офицерские дети. Он, правда, предвидел, что многие родители не захотят отдавать своих чад в учение добровольно, поэтому велел записывать «с принуждением». Но некоторые из бояр, не желая отдавать сыновей на опасную морскую службу, чтобы обойти царский приказ, поспешили определить их в Славяно-греко-латинскую академию. Узнав об этом, Петр рассердился и с солдатским конвоем отправил боярских недорослей в строящийся Петербург на тяжелые работы — забивать сваи. От царского гнева спасло недорослей заступничество адмирала Апраксина, и они вскоре были посланы на учебу за границу.

В Навигацкую же школу было разрешено принимать не только дворянских, но и разночинских детей.

В организации Навигацкой школы большое участие принимал Яков Брюс. Поскольку ему, как пишет Снегирев, «Петр поручил все дела, касавшиеся до физико-математических наук, то, вероятно, сей математик устроил Сухаревское училище, вверенное потом шотландцу Фарварсону».

Во всяком случае, программы преподавания, наверняка, создавались при значительном участии Брюса и самого Петра.

Полный курс Навигацкой школы складывался из трех ступеней, называвшихся классами. В низшем, или русском, классе обучали грамоте и элементарной арифметике; второй класс — цифирный — включал в себя математику, физику, историю, красноречие и другие предметы; высшие же — мореходные, или навигацкие, классы давали специальные знания. Срок обучения зависел от успехов учащегося, обычно он составлял 6–8 лет.

Были определены меры поощрения за хорошее ученье: «искусным», то есть успевающим, давать «на прокорм» в день по пяти алтын (15 копеек), а иным по гривне (10 копеек) и меньше, «рассмотрев коеждого искусство учения».

Из казны поступили деньги на книги, бумагу, перья и на прокорм учеников.

Из кладовой Ивана Великого достали и передали Навигацкой школе большой медный глобус, некогда привезенный в дар царю Алексею Михайловичу посольством Генеральных Штатов Голландии. В описании глобуса, составленном в XVIII веке, не только говорится о его внешнем виде, но и подчеркивается его польза: «Корпус сего глобуса из красной меди, живопись на нем старинная, высокой работы. Глобус и с подножием вышиною четыре аршина, в центре шесть английских футов, около него медный пояс, или меридиан, в полтретья пальца. Вокруг всего глобуса витые балясы точеные орехового дерева с резными из пальмового дерева фигурами… Сия высокой цены и отменной куриозности вещь не только к академии годна, но весьма надобна и полезна».