В статье рассматривается проблема модернизации лабораторного практикума в высшей школе через внедрение проблемно-ориентированного химического эксперимента. Актуальность исследования обусловлена необходимостью формирования у обучающихся исследовательских компетенций и навыков риск-менеджмента в соответствии с современными стандартами качества. Целью работы является теоретическое обоснование и разработка структурно-содержательной модели такого эксперимента. В качестве практического примера описана интеграция эколого-химической задачи в курс коллоидной химии, где студенты самостоятельно исследуют адсорбционные свойства природных материалов по отношению к различным загрязнителям. Особенностью модели выступает перенос фокуса с репродуктивного выполнения готовых инструкций на эвристическую деятельность: самостоятельное планирование опыта, оценку рисков и математическую обработку массива данных посредством линеаризации изотерм адсорбции (модели Ленгмюра, Фрейндлиха, Темкина). Показано, что реализация модели смещает роль преподавателя к функциям тьютора и эксперта по оценке рисков. Апробация методики доказала ее высокую дидактическую эффективность. Установлено, что внедрение квазипрофессиональных задач с экологическим контекстом достоверно повышает учебную мотивацию. Доля студентов, достигших продвинутого и исследовательского уровней сформированности аналитических компетенций, составила 83,3%, что подтверждает успешность применения предложенного подхода для подготовки высококвалифицированных специалистов химической отрасли.