Resumo. O pensamento crítico tem sido objeto de interesse da pesquisa educacional, especialmente na área das ciências, com vistas à formação de cidadãos capazes de tomar decisões racionais e resolver problemas pessoais e sociais que envolvem a ciência e a tecnologia. Os aspectos próprios da estratégia de ensino-aprendizagem – experimentação – são considerados por pesquisadores como favoráveis ao desenvolvimento de capacidades de pensamento crítico. Estabeleceu-se como objetivo geral analisar a eficácia da experimentação, enquanto estratégia de ensino-aprendizagem no ensino de Ciências, para a manifestação das capacidades de pensamento crítico em alunos nas séries iniciais do Ensino Fundamental. A abordagem deste estudo é de natureza qualitativa do tipo investigação-ação. Ela foi realizada no segundo semestre de 2019, em uma escola particular, no estado de São Paulo. A intervenção foi realizada com 23 alunos de uma turma do 5º ano do Ensino Fundamental. Os resultados demonstram que os alunos, ao participarem da estratégia proposta, manifestaram capacidades de pensamento do conjunto de capacidades elementares, da Taxonomia do pensamento crítico de Ennis. A maioria dos alunos (55,5%) consideraram o seu nível de interesse como muito bom. Além disso, 38,8% dos alunos indicaram terem encontrado pouca dificuldade ou nenhuma dificuldade na realização das atividades. Considera-se como plausível, tanto em relação ao nível de interesse quanto ao grau de dificuldade, o fato de a estratégia utilizada favorecer a exposição das ideias e possibilitar o seu compartilhamento, assim como a argumentação, formulação de hipóteses e manifestação de erros, permitindo a sua participação ativa no processo de aprendizagem.