Trata-se de um relato de experiência, vivenciado de agosto a setembro de 2022, com o objetivo de apresentar uma sequência didática envolvendo o tema “óxidos e poluição” a partir de ações pedagógicas que se completam com um estudo de caso. O cenário do estudo foi uma escola particular de regime integral localizada na zona oeste do município do Rio de Janeiro. As observações descritas nesse relato foram realizadas durante as aulas de Química de 8 turmas do 2º ano do ensino médio, compostas por até 17 estudantes. Foram realizadas cinco aulas sequenciais: 1) atividade experimental (formação de óxidos); 2) orientação para o preparo de material de estudos de forma coletiva sobre o tema “óxidos e poluição”; 3) aula expositiva (características gerais dos óxidos); 4) apresentação oral, discussão e aprofundamento do tema proposto a partir do material produzido coletivamente por cada turma; 5) estudo de caso. A abordagem da temática incluiu princípios da educação científica com enfoque CTS/CTSA, relacionados aos ideais freirianos. Os resultados evidenciaram que a sequência proposta contribuiu para que os(as) estudantes, com criticidade, sugerissem um conjunto de soluções para a situação-problema fictícia apresentada no estudo de caso. O encadeamento das atividades teve como intensão auxiliar os(as) estudantes na reflexão sobre a relação existente entre os problemas apresentados e os conteúdos específicos da Química a partir da construção coletiva do conhecimento através do diálogo e elaboração de argumentos durante todo o processo.