Предметом статьи является процесс профильного естественнонаучного обучения в школе, основной темой – взаимосвязь успеваемости учащихся по математике и уровня их включенности в творческую деятельность на занятиях по решению задач естественнонаучного содержания. Цель работы заключалась в том, чтобы показать влияние математических структур и схем на эффективность учебно-творческой деятельности учащихся классов естественнонаучного профиля в ходе их обучения математике. В статье дана сравнительная характеристика задачного, проблемного и модельного подходов к решению математических задач, обсуждены результаты экспериментального исследования эффективности математической подготовки в соответствии с этими подходами, показаны особенности моделирования проблемных задач. Автором рассмотрены также способы стимулирования творческой активности учащихся и мотивирования их к получению новых знаний, к поиску новых математических закономерностей в проблемных ситуациях естественнонаучного содержания. Особо отмечена роль олимпиадных и нестандартных задач, которые расширяют кругозор учащихся, развивают творческое мышление и творческие способности. Предложенная методика показала целесообразность включения в структуру занятий по подготовке к ЕГЭ решение олимпиадных и нестандартных (проблемных) задач. Апробация методики подтвердила, что она способствует получению высоких результатов на государственной аттестации по математике и развитию творческих способностей школьников.