O ensino tradicional, muitas vezes, se baseia em uma abordagem centrada no professor, com ênfase na transmissão de conhecimento, por meio de aulas expositivas e atividades estruturadas. Dessa forma, é importante afirmar que o tradicionalismo tende a limitar o potencial de aprendizagem dos alunos, pois pode não levar em consideração as diferenças individuais de aprendizagem, promovendo, portanto, a não construção ativa do conhecimento e, consequentemente, a desmotivação da turma. Tendo em vista esses impasses, o presente trabalho tem o objetivo de estimular a aprendizagem significativa dos discentes, através do uso do teatro, como zona de desenvolvimento proximal (ZDP) sob a ótica Vygotskyana. Assim, para desenvolvimento deste estudo, foi conduzida uma produção teatral, na disciplina de Química, em uma turma de 40 alunos, na Escola Alberto Maranhão, localizada em Nova Cruz-RN, com o objetivo de minimizar as dificuldades encontradas no ensino de ciências e observar o progresso no desenvolvimento das habilidades de pensamento crítico nos alunos. Dessa maneira, como resultado da presente pesquisa, foi observado que um estudo de caso contextualizando a temática da radioatividade e utilizando a prática teatral, pode ser uma alternativa eficaz para enriquecer a aprendizagem de estudantes do ensino médio, além de contribuir com a ZDP explorada nos estudos de Vygotsky.