A inclusão da experimentação nas aulas de Química representa uma estratégia promissora para aprimorar a compreensão dos conceitos, possibilitando que os estudantes estabeleçam conexões entre conteúdos e práticas científicas. Por meio de atividades experimentais, pode-se enriquecer a experiência do aprendizado científico, além de estimular o desenvolvimento de habilidades cognitivas e do Pensamento Químico dos estudantes. No entanto, desenvolver aulas experimentais com tais características ainda é um desafio no campo da educação em Ciências. Nesse sentido, o presente trabalho teve como principal objetivo ampliar as discussões a respeito do Pensamento Químico na literatura brasileira e buscar evidências do Pensamento Químico manifestadas por estudantes em aulas experimentais. Este estudo foi realizado em uma disciplina ministrada para o último ano de um curso de Licenciatura em Química de uma universidade da região Sul do Brasil, ocorrendo parcialmente de forma remota e parcialmente de modo presencial em virtude da crise sanitária oriunda da pandemia do Coronavírus. A coleta de dados incluiu diversos documentos, como as respostas dos licenciandos às perguntas pré e pós-experimento, os roteiros experimentais elaborados pelos próprios licenciandos e as respostas deles às questões da autoscopia. A análise dos dados foi conduzida segundo os princípios da análise de conteúdo proposta por Bardin (2011). A tese foi moldada no formato multipaper, sendo composta por quatro artigos. Mediante as investigações realizadas, compreendemos o Pensamento Químico como um processo no qual os estudantes utilizam seus conhecimentos em Química para analisar, discutir, refletir e propor explicações para diversos problemas. Percebemos que as Variáveis de Progresso podem ser consideradas indicadores do Pensamento Químico, uma vez que abordam questões essenciais que auxiliam os estudantes a mobilizarem o conhecimento químico na compreensão de fenômenos em diferentes áreas. As atividades desenvolvidas durante a disciplina foram alternativas eficazes para a realização de experimentos tanto no ensino remoto quanto no presencial. A análise de nossos dados revela o notável potencial das atividades experimentais para promover o desenvolvimento do Pensamento Químico, uma vez que os estudantes transitaram por diferentes Variáveis de Progresso. Evidenciamos ainda que as atividades foram eficazes na promoção do desenvolvimento de habilidades cognitivas de alta ordem. Identificamos uma correlação entre os níveis de habilidades cognitivas observados nas respostas dos licenciandos e os níveis cognitivos das perguntas apresentadas na atividade. Isso destaca a relevância de promover atividades com diversos graus de complexidade e o propósito de enriquecer as competências cognitivas dos alunos de maneira efetiva. Por fim, fundamentadas em nosso aporte teórico e nos dados obtidos, desenvolvemos um modelo que representa o Pensamento Químico. Este modelo pode servir como uma ferramenta para orientar os professores na elaboração de atividades que estimulem o desenvolvimento do Pensamento Químico.