As transformações sociais e tecnológicas contemporâneas têm impulsionado a busca por modelos educacionais capazes de superar práticas de ensino tradicionais e transmissivas e que resultem em promover maior protagonismo discente. Nesse contexto, a Aprendizagem Invertida (AI) destaca-se entre as metodologias ativas por propor a reorganização e redefinir a atuação dos sujeitos, ressignificando os papéis tradicionalmente atribuídos a docentes e discentes. Embora sua implementação revele desafios pedagógicos, curriculares e contextuais que não podem ser reduzidos à simples adoção de recursos tecnológicos. Para efeito dessa pesquisa, teve-se como objetivo investigar os fatores pedagógicos, cognitivos e metodológicos que permeiam a implementação da AI no ensino superior de Química, à luz da Teoria da Flexibilidade Cognitiva e das competências propostas por Perrenoud. A investigação caracteriza-se como um estudo de caso de abordagem qualitativa. Para a implementação da AI, foi desenvolvido o método CRA (Ciclo de Rodízio de Atividades), para favorecer a participação ativa, a argumentação científica e a construção colaborativa do conhecimento. Os dados coletados durante a intervenção foram analisados e posteriormente confrontados com a literatura científica, identificada por meio de uma análise bibliométrica realizada na base de dados Web of Science, permitindo ampliar a compreensão das suas especificidades e possíveis lacunas observadas no contexto investigado. Os resultados evidenciaram que a AI não pode ser compreendida como um modelo prescritivo de ensino ou uma simples inversão entre momentos de estudo prévio e atividades desenvolvidas em sala de aula. As dificuldades encontradas no cumprimento do estudo prévio revelam apenas uma das múltiplas dimensões que permeiam sua implementação. A análise das evidências empíricas, fundamentada à produção científica, permitiu identificar que fatores como a natureza dos conteúdos, a autonomia discente, a mediação docente e a organização das atividades influenciam diretamente nos resultados obtidos. Nesse sentido, o método CRA mostrou-se uma estratégia capaz de ampliar oportunidades de interação e progresso na construção argumentativa, ao mesmo tempo em que evidenciou a necessidade de abordagens mais flexíveis e contextualizadas.