Представлены результаты рассмотрения проблемы применения математических методов при моделировании учебного процесса. Проанализированы последние исследования и публикации по данной теме. Обоснована целесообразность использования методов математического моделирования. Построена логическая структура процесса обучения, учитывающая основные законы и принципы дидактики. Составлена математическая модель учебного процесса и проведен анализ ее исходных параметров. Разработана оптимальная методика обучения, базирующаяся на предложенной математической модели. Проанализированы результаты проведенного экспериментального исследования созданной методики обучения на примере учебной дисциплины «черчение». Изложены перспективы дальнейших исследований.