В этой благоприятной обстановке проявились выдающиеся способности Вильямса.
Еще до поступления в училище он увлекался чтением книг по геологии. Он познакомился с популярными произведениями профессора Московского университета, известного геолога Григория Ефимовича Щуровского (1803–1884). Щуровский в своих работах по зоологии и геологии развивал эволюционную точку зрения. Его по праву считают одним из предшественников Дарвина в России. Свои популярные статьи Щуровский насыщал примерами из русской природы. «Популяризатор, — говорил он, — должен понимать характер своего народа и со всей чуткостью прислушиваться к биению его пульса — к народному чувству. Для этой цели естественные науки, по нашему убеждению, прежде всего должны изображать по преимуществу ту природу, посреди которой мы живем, предметы нашей родной страны». В своих книгах и статьях Щуровский боролся с засорением русского языка ненужными иностранными терминами, применение которых «замедляет ход народного образования и самую науку в России».
Много интересного и полезного узнал Вильямс, читая произведения Щуровского. Вильямса интересовала летопись истории. Земли, изучение горных пород и минералов. Уроки по естествознанию помогали ему разбираться в этих сложных вопросах.
Программа училища предусматривала изучение всех главнейших минералов, начиная с простых самородных элементов: золота, серы, фосфора, и кончая самыми сложными по химическому составу — алюмосиликатами: полевыми шпатами, роговыми обманками, слюдами. Преподаватель естествознания рассказывал ученикам о процессах выветривания, и перед Вильямсом постепенно раскрывалась картина тех постоянных сложных изменений, которые все время совершаются в, казалось бы, неподвижной и мертвой земной коре. На этих уроках он получил и первое представление о почвах.
Уроки сопровождались демонстрациями и практическими занятиями. Ученикам показывали небольшую коллекцию минералов и горных пород: здесь был молочно-белый кальцит, дымчатый кварц, сростки кристаллов горного хрусталя, зеленый, в разводах малахит, сферические темно-серые куски фосфорита, апатит, гипс и другие минералы. В кабинете естествознания были собраны и многочисленные образцы горных пород. В картонных коробочках, склеенных самими учениками, лежали образцы уральского гранита, стекловидного кавказского базальта, ледниковые валуны, причудливой формы куски конгломерата, грубые и тонкозернистые песчаники, известняки, пески и глины.
