就在王小偉以鐵腕整頓軍政、梳理財政的同時，另一項關乎長遠未來的基礎工程也在緊鑼密鼓地進行——格物院的搬遷、擴建與升格。
原設於京城的格物院，因其敏感性和重要性，在王小偉離京前就已製定了秘密搬遷計劃。核心工匠、關鍵設備、研究資料、甚至部分試製成功的燧發槍和火藥配方，被分批、分路，以商隊或軍械運輸的名義，悄然運抵濟南。
新的格物院址選在濟南城外人煙相對稀少、靠近水源且便於保衛的一處前朝皇莊舊址。王小偉投入重金，修建了高大的圍牆、堅固的工坊、藏書樓、以及配備了簡易實驗設備的“格物堂”。守衛由最忠誠的新軍士兵負責，戒備森嚴，等閒人等不得靠近。
王小偉將格物院升格為“山東格物總院”，自任總裁，李三蛋為常務副院長，總管日常事務。總院下設各科：
軍工科：這是核心中的核心，繼續負責燧發槍的量產化、可靠性提升、成本控製，並開始探索研製更輕便的騎銃、射程更遠精度更高的“線膛銃”米尼彈概念）、以及改進型火炮試圖減輕重量、提高射速和精度）。
機械科：研究水利驅動裝置、改進紡織機、采礦工具、甚至開始嘗試模仿王小偉描述的“紐科門蒸汽機”原理，製作最原始的大氣式蒸汽泵，用於礦坑排水。
化工科：負責火藥配比的進一步優化顆粒化、提純硝和硫）、研究肥皂、玻璃的工藝改進、嘗試從礦物中提取有用物質、甚至開始摸索初級酸堿製作。
礦冶科：負責勘探山東本地煤、鐵、銅等礦產資源，改進采礦技術，最重要的是研究坩堝煉鋼法。王小偉隻知道大概原理將生鐵和熟鐵放入石墨黏土坩堝中密封加熱），細節需要工匠們無數次試驗。高質量鋼材是優質槍管、炮管、工具的關鍵。
農學科：負責引進和推廣番薯、玉米、馬鈴薯等高產作物，試驗堆肥、輪作、育種，改良農具如曲轅犁的改進型），研究防治蝗災和牲畜瘟疫的方法。
王小偉對格物院的要求是：“不論出身，隻問成果；不懼失敗，但求突破；重獎有功，優渥供養。”他允許甚至鼓勵工匠們試錯，設立了專門的“試錯基金”。每月他都會抽出半天時間親臨格物院，聽取各科彙報，查看進展，解決困難，並提出一些方向性的建議往往是現代科學的一些模糊概念）。
效果是顯著的。雖然像蒸汽機、坩堝鋼這樣的重大項目進展緩慢，但一些應用性的小改進層出不窮：更高效的水車模型、改進的織布機使得布匹產量提升、新配方的肥皂去汙力更強、農具的小改良減輕了農民負擔……最重要的是，燧發槍的量產工藝日益成熟，故障率穩步下降，產能逐步提升，開始批量裝備徐銳的新軍。
格物院的存在，如同在明朝末年的山東植入了一顆來自未來的種子。雖然孱弱，卻頑強地生長著，默默地積累著改變世界的力量。這裡聚集了一批不再被視為“奇技淫巧”之徒，而是被尊為“先生”、“師傅”的工匠和探索者，他們的智慧在王小說偉提供的土壤和方向上，開始迸發出驚人的創造力。
然而，格物院的巨大投入銀錢、物料、人力）也引來了非議。朝中和山東本地的一些保守官員私下譏諷王小偉“不務正業”、“靡費錢糧於無用之物”，甚至有人上書崇禎，彈劾他“廣蓄巧匠，私造利器，其心叵測”。
這些風聲，王小偉有所耳聞，但他一笑置之。他深知什麼是真正的“有用”，什麼是關係生死存亡的“正業”。科技的差距，是明軍與清軍最致命的差距之一，他必須不惜代價彌補甚至反超。
就在格物院漸入佳境之時，王小偉推行的另一項觸及根本的政策——“清丈田畝”，終於在山東地界引發了劇烈的反彈。
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