Данное исследование направлено на анализ содержания и структуры курса «Атомная физика» в высших учебных заведениях Республики Казахстан. На основе учебных планов и официальных документов университетов проведён содержательный, статистический, факторный и сравнительный анализ, результаты которого показали существенные различия в преподавании курса в разных университетах. В частности, выявлены отличия в количестве кредитов, семестровой нагрузке, соотношении лекционных, практических и лабораторных занятий, а также в уровне квалификации преподавателей и академических возможностей. Результаты анкетирования, в котором приняли участие 93 студента, показали, что структурная эффективность курса, материально-техническая база, методическая компетентность преподавателей и финансовая доступность были оценены положительно (средние значения находились в диапазоне 4,2–4,4, коэффициент альфа Кронбаха – 0,906–0,944). Эти данные свидетельствуют о том, что студенты в целом поддерживают учебную программу, однако существует необходимость её совершенствования. В экспериментальной части рассмотрено применение STEM-подхода как эффективного инструмента для увязки содержания курса с практикой. Установлено, что внедрение STEM способствует более глубокому пониманию дисциплины студентами, развитию исследовательских и проектных навыков, инженерного мышления и умений использовать цифровые технологии. В заключение, модернизация курса «Атомная физика» на основе STEM-интеграции способствует повышению профессиональной компетентности будущих учителей физики, улучшению качества национального образования и приведению образовательной системы в соответствие с международными стандартами.