江户时代的医学与兵学教育在私塾中得到了发展，其中最具代表性的一所便是由村田藏六于1856年创办的“鸠居堂”。这所私塾最初专注于医学教育，但随着越来越多对兵学感兴趣的学者加入，鸠居堂逐渐从医学教育扩展到全面的兵学教育，成为了江户时代后期兵学教育的重要基地之一。

在江户时代末期，长崎的高岛塾和伊豆的韮山塾被认为是最具代表性的洋式兵学塾。高岛塾的起源可以追溯到1808年黑船事件后，长崎地方的官员高岛四郎于1811年前后在自家开办的塾。他最初从炮术家坂本孙之进处学习兵学，并受到了藩政府的认可，允许他开设私塾。高岛塾的兵学内容起初依赖荻野流的炮术，但这种炮术仅适用于较为简陋的短炮和百目筒，并不适合海防需要。因此，高岛四郎与其子高岛秋帆开始自学西洋炮术，并且在1823年起，秋帆前往荷兰驻长崎的军官处学习，翻译了大量西洋炮术书籍，最终发展出了高岛流炮术。

1841年，江户郊外的德丸原举行了一次成功的西洋炮术演习，获得了幕府的认可。此后，幕府命令下曾根金三郎和江川太郎左卫门等人，分别在各自的私塾内教授高岛流炮术，导致各藩纷纷派遣公费学员到高岛塾学习。根据统计，仅江户地区，就有约4000人次的学生前往学习。然而，由于1842年高岛秋帆因长崎事件被捕，高岛塾的教学活动逐渐衰退并最终停止。

德丸原演习后，幕府的鼓励下，江川坦庵在韮山的官邸开设了韮山塾，开始向家臣教授西洋炮术。韮山塾自1842年开办至1854年江川坦庵去世，历时12年。在此期间，兵学家佐久间象山也曾在韮山塾学习过炮术。江川坦庵所在的江川家，是一个自中世纪起便深耕伊豆地区的地方豪族，世代忠于源赖朝。在德川幕府时期，江川家被委任管理伊豆，直至江川坦庵，他的政治才能使得俸禄由十万石增加至三十万石。作为伊豆的地方行政官，江川坦庵负责的一个重要任务便是海防工作，因此他积极学习西洋造船、军备和炮术等技术。

由于当时日本对西洋炮术的了解极为有限，江川坦庵派遣了两名官员前往长崎的高岛塾学习，了解西洋炮术的技术。通过下属的反馈，江川坦庵确认了高岛秋帆的高尚品德与深厚学识，并于1841年向幕府递交了赴高岛塾学习的申请。然而，由于幕藩体制的限制，江川坦庵的请求并未立刻得到回应。与此同时，高岛秋帆也曾于1840年上书幕府，提议将高岛流炮术纳入幕府的军备系统。在多方努力下，1841年高岛秋帆成功获得幕府的批准，并在德丸原成功举行了西洋炮术演习，得到了当局的认可。演习后，幕府决定让曾根金三郎和江川坦庵等人向高岛秋帆学习。

除在韮山开设塾外，江川坦庵还在江户的芝新钱座官邸内开设了炮术教授所，后改名为“绳武馆”。高岛秋帆在1854年出狱后，一直居住在此，继续教授炮术。江川坦庵去世后，高岛秋帆协助其子江川保之丞继续进行炮术教育，同时出任幕府讲武所的炮术教师。根据《韮山塾日记》记载，从1848年到1854年，共有来自16个藩的45名学生前来韮山塾学习。尽管江川坦庵公务繁忙，韮山塾并未全年开设，但教学内容与高岛塾相似，主要教授加农炮等小型火器的炮术。

韮山塾除了理论学习和野外演习外，还安排了狩猎活动，希望学员能够在实际中应用所学知识。然而，这种教学方式受到佐久间象山等学员的批评，尤其是狩猎活动占用了大量的学习时间，理论课程匮乏。佐久间象山原本希望在2到3个月内掌握高岛流炮术的精髓，然而他只能通过前往下曾根金三郎的塾，阅读相关的炮术书籍来补充学习。此后，佐久间象山又向黑川良安的时习堂学习兰学，经过多方面的学习和积累，逐渐成长为一名有影响力的兵学家和洋学家，并于1850年起在象山书院教授炮术。

随着各藩纷纷派遣学生前往高岛塾、韮山塾等地学习，原本被视为秘传的高岛流炮术逐渐传播开来，成为江户时代末期兵学发展与各藩军事改革的重要组成部分。特别是这些兵学塾的学员，大多是由各藩派遣来学习先进军事技术的公费生，他们肩负着为各藩进行军事改革的重任。由于兵学塾的学费较高，除收取入学费、学费、生活费外，还要支付枪炮和火药的消耗费用，因此普通百姓的子弟难以承受这一成本。

在江户时代后期的政治环境下，私塾在内忧外患的背景下，成为了培养人才、传授学问的重要场所。特别是在面临西方列强的压力以及国家政治危机时，许多有识之士、武士和青年纷纷寻求富国强兵之策。私塾作为一种相对自由的教育形式，为幕末的人才培养提供了广阔的平台，同时也成为了志士们交流思想、结成政治同盟的温床。