Este trabalho tem como intuito apresentar um relato de experiência relacionado à construção e implementação de uma Sequência de Ensino Investigativa (SEI) sobre a composição química dos gases da atmosfera e suas propriedades físico-químicas, realizadas com estudantes do primeiro ano do Ensino Médio e com o auxílio de um bolsista do PIBID. Para isso, iniciamos com uma contextualização entre a Alfabetização Científica e o Ensino de Ciências por Investigação, bem como a descrição de diferentes atividades que compõem uma SEI: i) problematização, que corresponde a um problema com diferentes graus de liberdade dado aos estudantes para resolvê-lo; ii) sistematização, relacionada à intervenção do professor com o intuito de organizar conceitualmente os conteúdos trabalhados na SEI; iii) avaliação, de caráter formativo, com o intuito de avaliar como os estudantes compreenderam o assunto desenvolvido e servir como disparador para as intervenções que deverão ser realizadas posteriormente a esse momento; e, por fim, iv) contextualização, com a proposição de que os estudantes possam entender o objeto de estudo em diferentes contextos. Em seguida, apresentamos nossa SEI que foi construída para ser implementada em seis aulas com os seguintes temas: a análise de textos negacionistas e de consenso científico sobre as mudanças climáticas, com o intuito de debater as normas e práticas que regem a construção do conhecimento científico, as propriedades físico-químicas de diferentes tipos de gases, como solubilidade em água, absorção de radiação infravermelha pelas ligações químicas e a dimerização de gases que compõem a atmosfera e, por fim, uma avaliação das aprendizagens e a leitura de um gráfico dinâmico com diferentes variáveis relacionadas às diferentes atividades humanas que contribuem para o agravamento do efeito estufa. Na última parte de nosso relato, apresentamos algumas produções de nossos estudantes para discutir as potencialidades e fragilidades dessa SEI.