A presente pesquisa aborda aspectos de educação científica desenvolvida sob o enfoque CTSA, relacionada ao estudo de temas ambientais, destacando a pesquisa como um poderoso instrumento de ampliação do senso crítico, exercício da cidadania e busca de soluções para os problemas modernos. O trabalho possui caráter qualitativo e exploratório, tendo por base os preceitos da pesquisa-ação que nortearam uma investigação envolvendo 145 alunos das três séries do ensino médio em uma escola pública da cidade de Barueri, São Paulo, na disciplina de Física no decorrer do ano letivo de 2009. Abordou-se, através de pesquisa orientada em sala de aula, a investigação dos seguintes temas centrais: energias alternativas, lixo, água e problemas ambientais. Durante este trabalho com os alunos, foram realizados seminários, visita de campo e uma peça de teatro. Através dos resultados obtidos neste estudo, constatamos que a intervenção pedagógica proporcionou aos alunos uma maior capacidade de compreensão de conceitos da Física e o entendimento de sua relação com a vida cotidiana, contribuindo para que adquirissem uma maior capacidade de participação ativa frente aos problemas da vida social. Foram proporcionados meios para os estudantes desenvolvessem a capacidade de efetuar julgamentos de valor, capacitando-os a opinar sobre temas que envolvem conceitos científicos e tecnológicas, o que, em síntese, contribui para o exercício de sua cidadania.