A aproximação entre os conhecimentos produzidos pelas pesquisas em Ensino de Química e a prática docente permanece como um dos desafios da formação de professores. Nesse contexto, materiais didáticos fundamentados em referenciais teóricos da Educação em Ciências podem constituir importantes instrumentos de mediação pedagógica, desde que sejam capazes de orientar a ação docente e favorecer a construção de significados pelos estudantes. Partindo dessa perspectiva, esta pesquisa teve como objetivo elaborar e aplicar um material didático estruturado na forma de Aulas Recheadas para o ensino das Leis da Termodinâmica, analisando processos de mudança e evolução conceitual de estudantes de Licenciatura em Química à luz do Modelo da Mudança Conceitual e da Teoria dos Campos Conceituais de Gérard Vergnaud. A investigação caracteriza-se como uma pesquisa qualitativa e foi desenvolvida com estudantes do curso de Licenciatura em Química da Universidade Federal do Piauí. O material elaborado foi organizado em quatro Aulas Recheadas, correspondentes às Leis da Termodinâmica, sendo aplicada nesta pesquisa a aula referente à Segunda Lei da Termodinâmica, intitulada Entropia: a medida da desordem. A produção dos dados ocorreu por meio da estratégia de escrita e reescrita orientada, mediada pela utilização de um texto de divulgação científica. A análise concentrou-se na identificação dos Invariantes Operatórios, compreendidos como conceitos-em-ação e teoremas-em-ação, manifestados pelos estudantes antes e após a intervenção didática. Os resultados evidenciaram diferentes níveis de apropriação dos conceitos científicos relacionados à entropia, permitindo identificar casos de mudança conceitual, nos quais houve substituição de significados inicialmente incompatíveis com o conhecimento científico, e casos de evolução conceitual, caracterizados pela ampliação e reorganização de concepções previamente existentes. Os resultados também indicam que a metodologia das Aulas Recheadas favoreceu a explicitação das concepções dos estudantes e a construção de explicações mais elaboradas para os fenômenos estudados, evidenciando o potencial da Teoria dos Campos Conceituais como ferramenta analítica para a investigação da aprendizagem de conceitos científicos.