Com o intuito de contribuir para um ensino de Química orgânica que assenta o aluno como protagonista da própria aprendizagem, essa pesquisa apresenta uma proposta de Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS), planejada conforme os oito passos propostos por Moreira (2011a) para o desenvolvimento da aprendizagem significativa, enfatizando também a metacognição com vista a favorecer a autorregulação da aprendizagem. O objetivo consiste em desenvolver e implementar uma UEPS sobre hidrocarbonetos e funções orgânicas oxigenadas utilizando metodologias ativas como ferramentas didáticas e analisar o desenvolvimento da aprendizagem significativa e de habilidades metacognitivas. Em termos metodológicos, tratase de uma pesquisa-ação de natureza qualitativa por possibilitar o contato com o objeto de estudo e a análise do processo de aprendizagem, caracterização e percepção dos estudantes através de instrumentos como questionários, diário de bordo e mapas conceituais. O públicoalvo dessa pesquisa são alunos do terceiro ano do ensino médio, pois o ensino de Química orgânica é abordado no referido ano. Posto isto, o ensino de Química orgânica é proposto, nesse estudo, por meio de uma sequência de ensino que envolve o uso de metodologias ativas como forma de aproximar os conceitos científicos do cotidiano propiciando a percepção da Química no dia a dia e estimulando o desenvolvimento de hipóteses e construção do conhecimento pelo aluno. Para tanto, foram utilizadas estratégias metodológicas envolvendo a resolução de questões problemas, atividades experimentais investigativas, aulas expositivas dialogadas e dinâmica com produtos do cotidiano. Os resultados obtidos apontaram que as atividades desenvolvidas ao longo da UEPS contribuíram para a construção e ressignificação do conhecimento, comprovando a eficácia dos mapas conceituais em identificar e avaliar a aprendizagem significativa. Além disso, também se constatou, por meio da análise dos questionários, indícios de desenvolvimento de habilidades metacognitivas em vista dos elementos evocados pelos participantes, sobretudo no segundo momento no qual foi trabalhado a atividade experimental investigativa. Por conseguinte, a análise da avaliação da UEPS pelos participantes também apontou resultados satisfatórios. Diante do exposto, é possível concluir que a UEPS além de cumprir com os objetivos almejados, constituiu uma proposta de ensino eficaz para o desenvolvimento cognitivo e metacognitivo do aluno, podendo servir de base para construção de outras pesquisas que dialogam sobre o uso de metodologias ativas como forma de estimular a autorregulação do conhecimento e contraposição do ensino mecânico.