No contexto das pesquisas da área de ensino de ciências, a História e Filosofia da Ciência (HFC) tem ganhado espaço como como abordagem didática para problematizar aspectos da Natureza da Ciência (NDC), partindo da premissa que os estudantes apresentam um grau de dificuldade para entender alguns princípios científicos, quando expostos de maneira descontextualizada. Assim, este trabalho propõe a introdução de elementos da HFC no ensino médio como subsídio à aprendizagem de conceitos de (e sobre) Termodinâmica, de forma geral, e de aspectos relativos à NDC, de forma específica. Para isso, fizemos uso da História da Termodinâmica com enfoque principal na Revolução Industrial, ocorrida por volta do século XVIII e meados do século XIX, e seus desdobramentos políticos, econômicos, sociais e tecnológicos na construção das ideias dos conceitos de Temperatura e a Natureza do calor, que influenciaram, de forma significativa para desenvolvimento da Termodinâmica como Ciência. A partir da interface entre episódio histórico, HFC, aspectos da NDC e com fundamentação teórica na aprendizagem significativa de Ausubel, elaboramos e aplicamos uma Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) a duas turmas do ensino médio diurno, totalizando 40 (quarenta) alunos, de uma escola da rede pública estadual da cidade de São João do Piauí (PI). A UEPS envolveu experimentos históricos, mapas conceituais, textos históricos, debates, além da construção de Histórias em Quadrinhos (HQs). Com base nos resultados, verificamos que os alunos apresentavam conhecimentos prévios de senso comum dos conceitos relacionadas ao conteúdo da Termodinâmica, além de concepções consideradas inadequadas quanto à NDC. Apesar disso, ao final, nossos dados evidenciaram que a unidade de ensino logrou êxitos no que diz respeito à aprendizagem dos alunos, tanto em relação aos conhecimentos científicos como também históricos, tornando-se, então, uma ferramenta importante no entendimento dos fenômenos estudados, bem como na construção de materiais e estratégias didáticas para o ensino de Física, de forma geral, e da Termodinâmica, de forma específica.