Este estudo analisou como processos metacognitivos contribuem para a compreensão crítica das bases iniciais do modelo TPACK - Conhecimento de Conteúdo (CC), Conhecimento Pedagógico (CP) e Conhecimento Tecnológico (CT) - na formação docente em química. O objetivo foi analisar as reflexões de pós-graduandos em relação a um processo formativo que promoveu a autorreflexão pós-caso, como estratégia formativa para catalisar a compreensão crítica das três bases iniciais do modelo TPACK no desenvolvimento profissional docente. A pesquisa, de natureza aplicada e abordagem qualitativa, configurou-se como estudo de caso com 20 pós-graduandos de um programa de Educação em Ciências e em Matemática de uma universidade pública. Os dados foram constituídos a partir de respostas a questões metacognitivas elaboradas após a resolução do caso, sendo tratados por meio da Análise de Conteúdo. Os resultados revelaram três categorias: (i) estratégias de comunicação e mediação (CP), (ii) critérios de seleção tecnológica e reflexão (CT) e (iii) reconhecimento de lacunas e busca colaborativa (CC). A discussão evidenciou que a metacognição atua como eixo transversal do TPACK, favorecendo autorregulação, criticidade e aprendizagem colaborativa. Conclui-se que inserir dispositivos metacognitivos em práticas formativas amplia a densidade de compreensão para o TPACK, transformando-o de modelo descritivo em instrumento de desenvolvimento profissional crítico, reflexivo e situado.