Дифеpенціальна геометpія – це один з poздiлів математики, який займається вивченням кривих і поверхонь в евклідовому просторі. Вона має доволі широкий спектр застосувань у різних галузях, таких як фізика, інженерія та комп'ютерні науки [3, ст.10]. Вона також є важливою темою в математичній освіті, особливо для майбутніх педагогів з математики, оскільки покликана для глибокого розуміння фундаментальних понять геометрії та обчислень. Дана математична дисципліна лежить на перетині багатьох різних розділів математики, включаючи математичний аналіз, лінійну алгебру, топологію та диференціальні рівняння [1, ст.3].
Одним із актуальних завдань сучасної школи є пошук нових шляхів (форм організації, технологій, методів і засобів навчання) стимулювання інтересу здобувачів середньої освіти до навчання, підвищення їх інтелектуальної активності, заохочення до творчої самореалізації, розвиток умінь практичного та креативного застосовування набутих знань. Тобто формування випускника закладу загальної середньої освіти (ЗЗСО) як соціально активної, компетентної особистості, здатної робити самостійний вибір і відповідально приймати рішення у різноманітних життєвих ситуаціях. Така підготовка не можлива без упровадження в освітній процес ЗЗСО продуктивного навчання, яке ґрунтується на дослідницькому методологічному підході.
Зміни в характері освіти на сучасному етапі розвитку суспільства полягають в її спрямованості, цілях, змісті, які все більш явно орієнтують його на «вільний розвиток людини», на творчу ініціативу, самостійність здобувачів освіти, конкурентоспроможність, мобільність майбутніх фахівців. У зв’язку з цим все більш актуальним стає компетентнісний підхід у освіті, формування ключових компетенцій людини є перспективним напрямком в науці і практиці освіти.
Всього лиш кілька років тому освітній процес був облаштований так, що школа позиціонувала себе як місце накопичення знань та інформації. Роль школи сьогодні полягає в тому, щоб підготувати дітей до життя: навчити учнів критично мислити, аналізувати, опрацьовувати будь-яку інформацію та визначати необхідне, встановлювати причино-наслідкові зв’язки. Сучасне життя – постійне навчання, тому завданням школи є навчити дітей його опанувати та застосовувати. Саме компетентнісне навчання вбачає в собі динамічне поєднання знань, умінь та цінностей. Лише в комплексі це дає результат. Знання в цьому випадку – не самоціль, а, швидше, засіб формування умінь.
Згідно переліку предметних спеціальностей відповідно до наказу Міністерства освіти і науки України від 11 листопада 2022 року за № 1006 «Деякі питання розміщення державного (регіонального) замовлення, поєднання спеціальностей (предметних спеціальностей), спеціалізацій та присвоєння професійних кваліфікацій педагогічних працівників закладами фахової передвищої, вищої освіти», визначено таку предметну спеціальність 014.08 Середня освіта (Фізика та астрономія) [1]. Отже, є необхідність у розробці нових та розширенні існуючих навчальних компонентів, які б забезпечили формування фахових компетентностей майбутніх вчителів астрономії.
Використання віртуальних мультимедійних лабораторій у навчальній діяльності безпосередньо впливає на формування у студентів та школярів практичних навичок з проєктування моделей природних явищ і фізичних об'єктів на віртуальних платформах. Оскільки сучасна методика інтегрованих курсів пропонує різні підходи до організації навчання і багатоваріативність модельних програм для демонстрацій віртуальних моделей, то виникає проблема оптимального вибору віртуальних дослідів, які не тільки відповідають дидактичній меті дослідження, а й чітко ілюструють означену теорію чи проблему.
У сучасному інформаційному світі вчителі постійно розробляють і впроваджують нові ефективні цифрові методи навчання, які сприяють формуванню загальної та спеціальної компетентностей, підвищенню рівня засвоєння знань, зацікавленості, сприйняття нового матеріалу та стимулюють розумову діяльність суб’єкта в освітньому процесі. Реалізація діяльнісного підходу вимагає від учителя використання нових форм організації пізнавальної діяльності учнів, особливо самоосвітньої діяльності, яка передбачає відкриття нових знань. Йдеться про активне та інтерактивне навчання, під час якого об’єктом взаємодії є не лише учень і вчитель, а й підготовлені або обрані вчителем інтерактивні засоби навчання, у тому числі цифрові.
Під час навчання біології рослин, тварин чи людини, вивчення окремих процесів, що відбуваються в їх організмі, є недоступними для візуалізації. Це утруднює достатнє засвоєння біологічних знань, зокрема, фізіологічних, які є абстрактними. Під час вивчення складних фізіологічних процесів (фотосинтез, дихання, розвиток, розмноження тощо), що відбуваються у живому організмі, їх зовнішній прояв можна продемонструвати за допомогою доступних лабораторних дослідів з живими об’єктами. Програмою для 6 класу з біології [1] передбачено проведення лабораторних досліджень. Мета такої діяльності – розвиток в учнів уміння спостерігати, описувати, виділяти істотні ознаки біологічних об’єктів, робити висновки; формування навичок користування мікроскопом, розв’язування пізнавальних завдань тощо. Лабораторні дослідження не підлягають обов’язковому оформленні в зошиті. Прийоми виконання лабораторних досліджень та їх реєстрація визначаються учителем під час уроку [3].
Організація освітнього процесу з використанням цифрових технологій є пріоритетним завданням закладів освіти. Відповідно з’явилися нові цифрові засоби, які забезпечують якісну організацію навчання. До таких засобів у фізиці належать цифрові (віртуальні) фізичні лабораторії. Їх поява стала можливою завдяки активному використанню в освітньому процесі інтерактивного програмного забезпечення, яке дозволяє унаочнювати демонстрації різних фізичних процесів, моделювати досліди та опрацьовувати результати в автоматизованому режимі. Використання цифрових лабораторій в освітньому процесі забезпечує формування та удосконалення умінь та навичок в галузі інформаційних технологій; під час роботи із сучасним обладнанням дослідної лабораторії; під час математичної обробки експериментальних даних, побудови графіків, здійсненні статистичних обчислень; проведенні досліджень, оформлення звітів, презентації виконаної роботи.
Фізика як одна з найважливіших наук природознавства є наукою експериментальною. Це означає, що формування системи фізичних знань засноване на всесторонніх кількісних дослідженнях природних явищ, технологічних процесів і спеціально поставлених експериментальних завданнях [1]. Аналіз наукової, навчально-методичної літератури, дисертаційних досліджень з теорії та методики навчання фізики свідчить, що застосування інтерактивних комп’ютерних технологій у навчальному процесі розглядалося зарубіжними та українськими науковцями різнопланово. Використання комп’ютерного моделювання явищ і процесів у навчанні природничо-математичних дисциплін розглядали С. Литвинова, Г. Громко, М. Мястковська та ін. На сьогодні інтерактивні комп’ютерні технології використовуються практично в усіх сферах людської діяльності, зокрема і в освітній галузі [2].