Este trabalho teve por objetivo analisar aspectos do pensamento crítico em discursos de estudantes do ensino médio. A pesquisa com intervenção educativa englobou planejamento, execução e análise de uma sequência didática, e foi teórica e metodologicamente orientada pela abordagem de uma Questão sociocientífica (QSC) referente às mudanças climáticas, critérios da Ferramenta Avaliativa Ciência, Tecnologia e Sociedade (FACTS), do pensamento crítico e os três Momentos Pedagógicos. A sequência didática foi desenvolvida com uma turma do segundo ano do ensino médio de uma escola pública, totalizando 8 (oito) aulas com duração de 50 minutos. Os dados foram constituídos a partir de observações da sala de aula, diário de campo, atividades de aula, gravações de áudio e um grupo focal. A vivência educativa foi descrita e os discursos dos(as) participantes foram analisados com base na Análise Textual Discursiva (ATD), utilizando de categorias definidas a priori (capacidades e competências) e categorias emergentes. Nos resultados argumentamos que há evidências de elementos considerados próprios do pensamento crítico presentes nos discursos dos alunos, o que provavelmente está relacionado às estratégias e recursos didáticos empregados. Também foram observadas mudanças positivas de nível de complexidade nas respostas dos alunos quando comparadas às respostas dadas no início da intervenção. Concluímos que os alunos do ensino médio que participaram da intervenção apresentaram elementos do pensamento crítico, sendo identificadas capacidades e competências críticas mobilizadas a partir das reflexões e discussões acerca da QSC Mudanças Climáticas.