В отличие от других средних учебных заведений Московское коммерческое училище имело прекрасно оборудованные кабинеты, где проводились практические занятия. Для того времени это было большой редкостью. А пользу приносило огромную, так как помогало детям закреплять на практике полученные теоретические знания.
Примечательной стороной коммерческого училища было и то, что к ученикам там относились очень уважительно и воспитывали в них чувство собственного достоинства и самостоятельность мышления. «Начиная с четвертого класса, — вспоминал питомец училища академик А. В. Шубников, — мы уже числились взрослыми, учителя обращались к нам только на «вы». Вот как, например, велось преподавание литературы. Преподаватель — автор нескольких романов писатель Раменский (Виноградов) — учил не по учебнику и не по записям, а просто беседуя о тех или иных произведениях».
В одной из биографий Н. И. Вавилова описано типичное занятие:
«На одном уроке разбирали какую-то модную в те дни пьесу. Постукивая карандашом по крышке кафедры, Раменский вызывал по списку: «Александров, что скажете?», «Аносов, что скажете?» Ученики обсуждали сюжет пьесы, обрисовывали характеры. И вдруг резкий отзыв пятнадцатилетнего Вавилова: «В пьесе нет действия. Она попросту скучна».
Вся обстановка, весь дух коммерческого училища были такими, что учащиеся могли там получить — и получали — отличную научную подготовку по самым разным направлениям. Сам того не подозревая, Иван Ильич поставил сыновей в условия, в которых они стали приобретать блестящее образование еще на уровне средней школы, смогли, будучи подростками, развернуть свои способности, выявить естественнонаучные стремления.
Особенно усиленно в училище Сергей изучает физику. Там же он делает первый в своей жизни научный доклад на тему «Радиоактивность и строение атома». Выступление всем понравилось. Вавилов осветил не только физическую сторону радиоактивности, но и историю открытия.
Научные интересы второго сына Ивана Ильича, однако, выходили за пределы физики, были широки и разнообразны. Наряду с книгами по физике Сергей читает и прорабатывает много книг по химии, особенно увлекаясь «Основами химии» Д. И. Менделеева. Огромное впечатление производят на него написанные блестящим языком, бесконечно увлекательные и глубокие книги К. А. Тимирязева «Жизнь растений» и «Ч. Дарвин и его учение».
Однажды брат Николай принес нашумевшую, очень популярную в кругах интеллигенции, особенно учащейся молодежи, книгу Людвига Бюхнера «Сила и материя». Два брата с упоением читали ее, споря и обсуждая отдельные положения.
Сергей широко пользовался предоставленной ему отцом духовной свободой. Часто, едва услышав звонок, возвещающий об окончании занятий, он срывался с места и, на ходу натягивая шинель, мчался с Остоженки (ныне Метростроевская), где находилось училище, на Лубянку, чтобы не опоздать на лекцию в Политехническом музее.
Здание, куда он торопился, отделялось от Лубянской площади большим торговым домом. Кругом сновали разносчики с пудовыми лотками на головах. Мальчик старательно лавировал между ними, с замиранием сердца думая о том, что будет, если кто-нибудь из них натолкнется на него и опрокинет свой товар: мороженое мясо, птицу или рыбу. Катастроф, правда, никогда не случалось, хотя столкновения из-за страшной толчеи происходили, но от ощущения постоянной опасности избавиться было невозможно. Вавилов вздыхал свободно, лишь нырнув в спасительный подъезд музея.
Основанный в 1872 году Обществом любителей естествознания, антропологии и этнографии, Политехнический музей стал крупным просветительным учреждением и распространителем передовых и научно-технических идей. В аудиториях музея выступали самые выдающиеся представители науки и техники: П. Н. Яблочков и К. А. Тимирязев, А. Г. Столетов и Н. Е. Жуковский, П. Н. Лебедев и В. Н. Чиколев, и многие другие. Молодежь с упоением слушала своих кумиров.
Весь мир с волнением зачитывался описаниями путешествий Н. М. Пржевальского и Ф. Нансена. И. И. Мечников открыл существование тесной связи между наукой о болезнях и биологией вообще, а А. Беккерель и супруги Кюри — явление радиоактивности. Романтика научного подвига все настойчивей стучала в дверь двадцатого столетия.
Политехнический музей в Москве сыграл огромную роль в создании новой атмосферы, новых идеалов у русской молодежи. С высоты трибун музея лились пламенные призывы изучать природу, мир, быт людей. Лекции сопровождались демонстрациями опытов и отличались простотой и образностью изложения. Темы были самыми разнообразными. Можно сказать, что все волновавшее передовое общество того времени находило свое отражение в темах регулярных научно-популярных чтений Политехнического музея.
Как-то раз Сергей пришел в Политехнический вместе с братом. Прослушали интересную лекцию по астрономии. Когда братья шли домой, Николай сказал: