Сучасна освітня система вимагає нових підходів до навчання, які відповідають динамічним змінам суспільства, технологічному прогресу та новим потребам здобувачів освіти. Однією з таких інноваційних моделей є перевернутий клас (flipped classroom) — підхід, за якого учні чи студенти опановують теоретичний матеріал самостійно поза межами класу, а під час навчального заняття виконують практичні завдання, проводять обговорення, розвʼязують проблеми та здійснюють дослідження. Особливо ефективним цей підхід виявився у викладанні природничо-математичних дисциплін, зокрема фізики, що поєднує як теоретичну складність, так і потребу в експериментальній практиці [1].
Сучасна освіта стоїть перед фактом необхідності змін традиційних форм та методів навчання на оновлення форм навчання, що сприятимуть осмисленому засвоєнню знань, умінь та навичок. Усе це стало критично значущим у сучасних умовах розвитку українського суспільства та світу. Сучасні навчальні програми створюють на основі компетентнісного підходу, що передбачає інші пріоритети в навчальному процесі та нові результати навчання школярів. Нововведення стосуються змісту і послідовності розділів навчальних програм із природничих предметів, обсягу навчального матеріалу, рівня складності завдань та їх диференціації, форм і методів навчання учнів тощо [1].
У сучасних умовах реформування освітньої системи особливого значення набуває впровадження інтерактивних технологій навчання, які залучають учнів до активної участі в освітньому процесі, сприяють розвитку критичного мислення, стимулюють пізнавальний інтерес та забезпечують здатність до самостійного оволодіння знаннями. Традиційні підходи до викладання біології, що здебільшого орієнтовані на пасивне сприйняття інформації, часто не відповідають потребам і очікуванням сучасних школярів. Вони також недостатньо сприяють формуванню ключових компетентностей, передбачених концепцією нової української школи.
У контексті сучасної освітньої реформи в Україні особлива увага приділяється розвитку ключових компетентностей учнів. Однією з них є критичне мислення ‒ здатність аналізувати, осмислювати, переосмислювати та ефективно використовувати отриману інформацію. З огляду на це, проблема впровадження методів критичного мислення в навчальний процес стає актуальною та соціально значущою. У шкільному курсі біології для 9 класу створюються надзвичайно сприятливі умови для розвитку цієї компетентності: вивчаються складні природничі процеси, які потребують аналізу, порівняння, синтезу знань, формування аргументованих висновків і рішень.
Використання інтерактивних методів навчання сприяє активному залученню учнів у навчальний процес, розвиває критичне мислення, покращує комунікаційні навички та адаптується до різних стилів навчання. Інтерактивні методи, такі як групова робота, рольові ігри, кейс-методи та ігрові технології, роблять освіту більш ефективною та цікавою [1].
В сучасному світі роль цифрових технологій стрімко зростає у всіх сферах життя людини, не виключенням є і освіта. Освітній процес має адаптуватися до нових реалій, щоб відповідати потребам учнів і готувати їх до успішної діяльності в цифровому суспільстві. У цьому контексті технологія BYOD (Bring Your Own Device) – «Принеси свій власний пристрій» − набуває особливого значення, дозволяючи учням активно використовувати власні гаджети на уроках, тим самим сприяє підвищенню мотивації та зацікавленості до вивчення теми [1]. Створення цифрового методичного комплексу з теми закономірності успадкування ознак дає змогу полегшити підготовку до уроку, а також дає змогу ефективно використовувати цифрові ресурси на різних етапах уроку.
Математична статистика є ключовою дисципліною для аналізу даних, прогнозування та прийняття обґрунтованих рішень у різних сферах, від науки й бізнесу до освіти й медицини. З появою цифрових інструментів процес збору, обробки та аналізу даних став значно швидшим, точнішим і доступнішим. Ці інструменти дозволяють як професіоналам, так і початківцям ефективно працювати зі статистичними методами, візуалізувати результати та автоматизувати складні обчислення [1].
У нашому сьогоденні комп’ютерні технології стали невіддільною частиною життя. Щороку з’являються нові технічні прилади та пристрої, що можуть змінити освітній процес та й систему освіти загалом. Саме тому сучасна освіта дедалі активніше інтегрує в себе цифрові технології. Одним з перспективних напрямків цифровізації освіти, зокрема фізичної, є використання комп’ютерного моделювання. Воно виступає не тільки як засіб візуалізації знань, але і як інструмент розвитку різноманітних навичок та співпраці. Комп'ютерне моделювання є доволі цікавим та водночас важливим знаряддям для вивчення складних фізичних систем та процесів, що не можуть бути досліджені або відтворені в реальному світі.
В умовах стрімкого розвитку цифрових технологій дедалі актуальнішим стає впровадження віртуальних лабораторій у навчальний процес, зокрема в галузі природничих наук. MATLAB — потужне середовище програмування та чисельних розрахунків — відкриває широкі можливості для створення інтерактивних моделей фізичних явищ і процесів. Його застосування у фізичній освіті дозволяє не лише розширити традиційний арсенал викладача, а й підвищити мотивацію студентів завдяки наочному, динамічному поданню матеріалу [3].
Аналіз традиційних підходів для створення навчальних матеріалів з фізики та наявного навчально-методичного забезпечення часто демонструє обмеженість у забезпеченні індивідуалізації навчання, варіативності завдань та інтерактивності без надмірних часових витрат викладача. Ключові освітні цілі у навчанні фізики, передусім розвиток дослідницьких умінь, часто досягаються засобами навчального фізичного експерименту або проєктної діяльності здобувачів освіти з окремих тем. Це зумовлено як домінуванням знаннєво-орієнтованих практик, так і браком ефективних підходів застосування сучасних цифрових інструментів для створення актуальних освітніх ресурсів.