Ensinar e aprender Termodinâmica de maneira significativa no Ensino Superior não é tarefa simples. Existem diferentes obstáculos de aprendizagem decorrentes de noções alternativas que os estudantes trazem incorporados de sua formação básica. O objetivo foi de investigar, por meio de uma abordagem de ensino com base na História e na Epistemologia da Ciência e nas Ilhas Interdisciplinares de Racionalidade (IIR), as noções de Natureza da Ciência e a construção de conceitos e de Leis da Termodinâmica Química de futuros engenheiros mecânicos da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Câmpus Cornélio Procópio. O desenvolvimento metodólogico ocorreu com a articulação da Teoria da Aprendizagem Significativa, da História e Filosofia da Ciência, da Natureza da Ciência e da interdisciplinaridade. A construção da unidade didática foi baseada nas etapas das Ilhas Interdisciplinares de Racionalidade. Utilizou-se da análise qualitativa de cunho bibliográfico na busca de interpretar e compreender as noções dos futuros engenheiros a respeito dos conceitos propostos. Os resultados dos questionários prévios e posterior à abordagem didática desenvolvida, além dos registros das entrevistas estruturadas realizadas após um período de tempo, foram analisados à luz da análise de conteúdo para unitarizar o conhecimento dos futuros engenheiros. Os diagramas Vê de Gowin foram utilizados como instrumentos de organização do conhecimento (a partir da leitura de textos históricos produzidos) e de obtenção de dados, sendo investigados indícios de aprendizagem pela análise qualitativa e interpretativa. A partir da triangulação dos diferentes instrumentos utilizados (questionários prévio e posterior, diagramas Vê e entrevista estrutrada), pode-se inferir que houve indícios de adequação de noções alternativas relacionadas tanto à Natureza da Ciência quanto à Termodinâmica. Além disso, é possível inferir que houve indícios de aprendizagem significativa, contempladas em três etapas: a ancoragem seletiva do material às ideias relevantes na estrutura cognitiva, a interação entre as ideias recém-introduzidas e as ideias ancoradas, e a ligação dos novos conhecimentos com as ideias ancoradas no intervalo de memória. Outros indícios de aprendizagem puderam ser inferidos a partir da diferenciação progressiva e reconciliação integrativa. Com base nos resultados obtidos, é possivel concluir que a abordagem interdisciplinar construída, com elementos da História e Filosofia da Ciência e da Natureza da Ciência, é potencial para promover a aprendizagem significativa de conceitos e de Leis da Termodinâmica.