Os experimentos, quando inseridos em uma proposta pedagógica consistente, podem potencializar os processos de ensino e aprendizagem. Nesse contexto, esta pesquisa qualitativa e quantitativa teve como objetivo investigar como o desenvolvimento de uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa, aliada ao uso de calorímetros alternativos construídos com material de baixo custo, pode promover a aprendizagem significativa dos conceitos básicos de calorimetria. A investigação foi realizada com 28 alunos do 3º ano do Curso Técnico em Mecânica Integrado ao Ensino Médio do Instituto Federal do Espírito Santo – Campus Guarapari. Foram analisados dados coletados por meio de questionários e mapas conceituais. A análise dos dados permite inferir que a Unidade de Ensino Potencialmente Significativa contribuiu para um estudo consistente dos conceitos fundamentais da calorimetria. As atividades iniciais funcionaram como atividades esclarecedoras dos conhecimentos prévios dos alunos. A aplicação de atividades práticas, durante o desenvolvimento da Unidade de Ensino Potencialmente Significativa, como recursos e estratégias de ensino e aprendizagem, favoreceu a diferenciação progressiva e a reconciliação integradora, fomentando a relação entre aluno, docente e materiais educativos. Além disso, a realização de experimentos práticos, em sala de aula, contribuiu para a mobilização, fortalecimento e ampliação dos conhecimentos, tornando-os mais consistentes e capazes de ancorar novas aprendizagens, bem como beneficiou o desenvolvimento de habilidades de interpretação, resolução de problemas, atribuindo dinamismo e aumento da motivação e predisposição à aprendizagem, requisitos para a aprendizagem significativa.