Investigamos o uso do pluralismo metodológico nas aulas de Física para o aprimoramento da argumentação científica dos alunos, do Ensino Médio em uma escola pública do interior do estado de São Paulo. A pesquisa foi realizada durante um semestre de trabalho em sala de aula com metodologias de ensino variadas: atividades experimentais e de demonstração, atividades com o uso das tecnologias de informação e comunicação e projetos como estratégia de resolução de problema. As argumentações dos alunos foram coletadas por meio de entrevistas em grupos focais e também por meio de apresentações de projetos. A análise das argumentações foi realizada de acordo com os elementos da superestrutura propostos no padrão de Toulmin. A partir da análise dos dados foi possível observar uma evolução na qualidade da argumentação apresentada pelos alunos que, inicialmente, apresentou poucos elementos característicos, mas, ao longo do processo, foi enriquecendo-se de elementos de maior nível argumentativo. Portanto, observou-se indícios de que o uso do pluralismo metodológico em sala de aula colabora com o desenvolvimento da argumentação científica ao longo do processo de ensino e aprendizagem de física.