Promover o pensamento científico e crítico desde a educação básica é essencial para superar o distanciamento da sociedade em relação ao uso prático do conhecimento científico no cotidiano. No ensino de química, por exemplo, é possível adotar metodologias que facilitem a compreensão e aplicação dos conhecimentos no cotidiano, além de utilizar os conhecimentos prévios dos alunos, para que assim seja promovido uma aprendizagem significativa. Diante disso, este trabalho tem como objetivo promover o protagonismo dos alunos por meio da experimentação investigativa, com foco na resolução de problemas e no questionamento teórico sobre a temática de Soluções. Dessa forma, busca-se exercitar o pensamento científico e crítico dos estudantes. O estudo foi realizado na instituição de ensino médio profissionalizante EEEP Alan Pinho Tabosa na cidade de Pentecoste-CE, em três cursos: Acadêmico, Informática e Química, contemplando o total de 102 estudantes. A aplicação da sequência didática se sucedeu em três encontros, de modo que, inicialmente foi realizada a apresentação do projeto e uma sondagem diagnóstica por meio de uma roda de conversa, para verificar as dificuldades e os anseios dos estudantes na disciplina. No segundo encontro, realizou-se uma atividade experimental investigativa, tendo como tema gerador a Água e suas atribuições no estudo de soluções. No terceiro encontro aconteceu o fechamento da aula prática, onde os alunos foram incentivados a apresentarem suas hipóteses e argumentos e ao final aplicou-se um questionário avaliativo qualitativo e quantitativo, cujos resultados satisfatórios indicaram o exercício do pensamento científico e crítico, bem como o envolvimento e interesse dos estudantes nas atividades propostas. Com isso, pode-se concluir que a sequência didática detém de grande potencial para minimizar as dificuldades enfrentados no processo de ensino-aprendizagem de química, além de corroborar para a construção do ensino pautado na aplicação dos conhecimentos por meio da reflexão e criticidade.