O artigo descreve a implementação de uma metodologia de ensino baseada em estudo de caso para abordar a interseção entre os temas de biotecnologia e bioética em uma turma de terceiro ano do Ensino Médio. A abordagem busca promover aprendizado significativo, pensamento crítico e alfabetização científica em resposta aos desafios educacionais no Brasil. A pesquisa foi conduzida em duas aulas, envolvendo exposições, análise de casos e discussões. Os resultados indicam que a metodologia permitiu uma compreensão aprofundada dos conceitos abordados e a habilidade dos alunos em avaliar e aplicar informações científicas. A inclusão de elementos da cultura pop estimulou o engajamento dos alunos e ampliou a aplicação dos conceitos. O estudo conclui que a abordagem de estudo de caso, combinada com referências culturais contemporâneas, é uma estratégia eficaz para cultivar aprendizado significativo e pensamento crítico, recomendando sua adoção como parte de estratégias pedagógicas para melhorar o ensino de disciplinas complexas e formar cidadãos informados.