Główne w nich miejsce zajmują badania nad nauczaniem problemowym i pracą grupową uczniów. Najpierw dotyczyły one nauczania fizyki w szkole średniej, następnie rozszerzyły się na nauczanie innych przedmiotów przyrodniczych, obecnie obejmują też przedmioty humanistyczne, a przy tym sięgają również do niższych szczebli szkoły. Weryfikuje się w nich hipotezę, iż jedną z najpoważniejszych dróg rozwijania samodzielności uczniów w procesie myślenia działania jest zdobywanie przez nich wiedzy i umiejętności za pośrednictwem rozwiązywania problemów praktycznych i teoretycznych. Jednocześnie co widać szczególnie wyraźnie w tzw. badaniach dystansowych, prowadzonych po 2—3 miesiącach po lekcjach eksperymentalnych przyczyniają się do znacznie większego przyrostu wiedzy uczniów. Podważając w ten sposób podstawy szkoły tradycyjnej z jej podawaniem gotowych wiadomości przez nauczyciela i zapamiętywaniem ich przez uczniów, jednocześnie bada się sposoby usprawnienia organizacji pracy uczniów na lekcji. Tradycyjne formy pracy uczniów: pracę jednostkową i pracę zbiorową, próbuje się racjonalnie kojarzyć z pracą grupową, zakładając, iż ta ostatnia wdraża uczniów do myślenia społecznego, do prowadzenia dialogu zewnętrznego, który następnie in- terioryzuje się jako „dialog wewnętrzny” przyczyniający się do pogłębienia wiedzy uczniów, jak również do ich uspołecznienia. Praca grupowa przyjmuje w badaniach dydaktycznych dwojaką postać: podzielona na 4—5-osobowe grupy klasa rozwiązuje wspólny dla wszystkich grup problem teoretyczny lub praktyczny, bądź też każda grupa pracuje nad odrębnym zadaniem, które jest cząstką zadania całej klasy. Obydwie formy organizacyjne pracy uczniów oraz ich kombinacje z pracą jednostkową zbiorową występować mogą nie tylko na lekcjach, lecz również w zakresie pracy domowej i prac pozalekcyjnych. Na podstawie badań dotyczących nauczania problemowego i pracy grupowej oparto szereg książek, w których zarysowano koncepcję nowego systemu dydaktyczno-wychowawczego.