Науково-методична робота кафедри фізики та методики її навчання спрямована на розвиток фундаментальних і прикладних досліджень у галузі фізики, методики навчання фізики та астрономії, професійної підготовки майбутніх учителів, а також на впровадження інноваційних, цифрових і STEM-технологій в освітній процес.

Особлива увага приділяється сучасним технологіям навчання фізики й астрономії, STEM-освіті, цифровим освітнім ресурсам, дистанційному та змішаному навчанню, використанню цифрових лабораторій, мікроконтролерів, комп’ютерної техніки та інтерактивних засобів навчання. Ці напрями реалізуються як у наукових дослідженнях викладачів, так і в освітньому процесі та студентських проєктах. 

Важливою складовою науково-методичної діяльності є залучення здобувачів освіти до дослідницької роботи. На кафедрі функціонують студентські науково-проблемні групи: 

«Інновації в процесі вивчення фізики: від теорії до практики»

«Актуальні питання методики навчання фізики»

«Лабораторія фізичних явищ»

 «EdTech у фізико-астрономічній освіті»

«Творча фізична майстерня»

«Студентське конструкторське бюро»

Результати студентських і викладацьких досліджень використовуються під час підготовки кваліфікаційних робіт, наукових публікацій, доповідей на конференціях та розроблення навчально-методичних матеріалів. Здобувачі освіти мають можливість брати участь у всеукраїнських і міжнародних конференціях, олімпіадах, конкурсах наукових робіт та інших науково-освітніх заходах.

Кафедра є співорганізатором щорічної Міжнародної науково-практичної конференції «Підготовка майбутніх учителів фізики, хімії, біології та природничих наук у контексті вимог Нової української школи». У 2025 році відбулася VII конференція, до організації якої долучилися представники кафедри, а її завідувач С. В. Мохун увійшов до складу редакційного комітету збірника матеріалів конференції.

Науково-методична діяльність кафедри здійснюється у співпраці з провідними закладами вищої освіти та науковими установами України й зарубіжжя, зокрема з Інститутом педагогіки НАПН України, ДНУ «Інститут модернізації змісту освіти», Національним університетом «Львівська політехніка», Українським державним університетом імені Михайла Драгоманова, Уманським національним університетом, Вінницьким державним педагогічним університетом ім. Михайла Коцюбинського, Харківським національним педагогічним університетом імені Г.С. Сковороди, Рівненським державним гуманітарним університетом, а також університетами Польщі та Німеччини.

Викладачі кафедри активно долучаються до розвитку шкільної фізичної освіти. Спільно з органами управління освітою вони беруть участь у проведенні олімпіад з фізики та астрономії, роботі журі, підведенні підсумків конкурсу учнівських наукових робіт МАН, а також у профорієнтаційній та методичній роботі з учителями.

Сучасний етап розвитку кафедри характеризується поєднанням фундаментальних фізичних досліджень, науково-методичних розробок та інноваційної педагогічної практики. Наукова діяльність кафедри спрямована не лише на отримання нових результатів, а й на їх практичне впровадження у професійну підготовку майбутніх учителів фізики та астрономії, удосконалення змісту освіти, розвиток дослідницької компетентності здобувачів та підвищення якості природничо-математичної освіти.