Sistem pendidikan modern di negara maju menetapkan berpikir kritis sebagai tujuan pencapaian kurikulum, karena berpikir kritis diklaim sebagai keterampilan esensial abad ke-21 yang dapat menopang kemampuan profesional mahasiswa di masa depan. Di Indonesia, dukungan pengembangan pemikiran kritis mahasiswa ditopang oleh program MBKM. Implikasi sistemiknya jelas, bahwa sistem pedagogi yang dibangun harus berorientasi pada upaya peningkatan keterampilan berpikir kritis pada mahasiswa. Namun demikian, mengajarkan berpikir kritis pada mahasiswa tidaklah mudah dan pada praktiknya masih menjadi masalah yang menantang. Tantangan utamanya adalah intervensi pedagogi yang tidak memadai menyebabkan pelatihan berpikir kritis tidak menemukan hasil yang menjanjikan.

Permasalahan terkait rendahnya performa berpikir kritis mahasiswa diungkap dalam beberapa studi. Misalnya, studi eksperimen mengungkap keterampilan berpikir kritis mahasiswa sains berada pada kriteria rendah ketika pengajaran mengandalkan metode ekspositori. Studi deskriptif sebelumnya juga menemukan hasil serupa, dimana pemikiran kritis mahasiswa sains tidak berkembang. Kasus yang sama juga ditemukan di beberapa negara maju, misalnya studi esai pada mahasiswa sains di Swedia menunjukkan tingkat keterampilan analitis kritis mereka yang buruk. Di Cina, temuan menunjukkan bahwa pengalaman belajar yang tidak menekankan berpikir kritis dengan pedagogi yang efektif berdampak pada rendahnya performa berpikir kritis mahasiswa.
Upaya untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis sebenarnya telah dilakukan, misalnya dengan pembelajaran aktif dan utamanya melalui kegiatan inkuiri. Namun, dalam mekanisme pembelajarannya sering mengabaikan inti dari proses berpikir kritis itu sendiri, yaitu proses reflektif. Akibatnya, temuan di lapangan menunjukkan beberapa indikator kemampuan berpikir kritis (analisis, inferensi, evaluasi) masih rendah ketika mengimplementasikan model inkuiri. Studi lain menunjukkan bahwa ketika mahasiswa dihadapkan dengan materi sains dengan tingkat abstraksi tinggi maka menambah kesulitan belajar yang menyebabkan keterampilan berpikir mahasiswa tidak berkembang. Selain itu, pembelajaran sains yang tidak menghubungkan konten dengan konteks dunia nyata (otentik) menjadikannya tidak bermakna dan tidak berdampak pada peningkatan berpikir kritis mahasiswa.
Rendahnya keterampilan berpikir kritis mahasiswa dalam pengajaran sains selanjutnya menjadi prioritas permasalahan yang urgen untuk diselesaikan, dan upaya yang harus segera dilakukan adalah mengembangkan model pedagogi yang secara spesifik dapat meningkatkan keterampilan berpikir kritis mahasiswa. Dalam studi ini, dikembangkan model pedagogi digital hybrid reflective-inquiry berbasis etnosains dengan memanfaatkan teknologi simulasi virtual untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis mahasiswa. Model pedagogi yang dikembangkan tercermin di dalam kerangka konseptual di dalam dokumen ini.