Актуальность исследования продиктована требованиями федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования к владению информационными технологиями обучения всеми участниками образовательного процесса вуза, изменению стратегии подготовки кадров для высокотехнологичных производств, позволяющими повысить сформированность профессиональных компетенций при освоении образовательных программ высшей школы. Целью исследования является обоснование и апробация инновационного подхода к преподаванию дисциплин специализации при подготовке профессиональных кадров для нефтегазовой отрасли в условиях цифровизации экономики. Особенность предложенного инновационного подхода заключается в активизации практико-ориентированной направленности обучения на основе использования возможностей цифровизации отдельных элементов производственной деятельности в учебном процессе вуза. В качестве примера в статье приведено моделирование реальной отраслевой задачи, направленной на обучение студентов как специалистов, владеющих аналитическими инструментами проверки гипотез в работе химико-технологической системы, знающих особенности обработки информации в нефтегазовой отрасли. Предложенный подход обогащает традиционные методики обучения использованием современных информационных технологий и достоинств виртуального подхода при моделировании реальных производственных процессов.