Проведено комплексний аналіз сучасних інструментів побудови онтологій, що забезпечують формалізацію знань, встановлення семантичних взаємозв'язків між навчальними поняттями та інтеграцію освітніх ресурсів різних дисциплін. Обґрунтовано концептуальну модель трансдисциплінарної STEM-онтології, яка включає структуру сутностей, властивостей, відношень і логічних правил, що забезпечує формування міжпредметних зв'язків у освітньому процесі. Запропоновано архітектуру онтологокерованої освітньої системи, що передбачає інтеграцію семантичних моделей знань із аналітичними модулями та когнітивними освітніми сервісами.