O objetivo dessa pesquisa foi investigar o potencial pedagógico de uma sequência didática (SD) sociocultural e interdisciplinar para uma educação ambiental crítica, desenvolvida no Instituto Federal do Espírito Santo - Campus Piúma e em três ilhas costeiras adjacentes, a saber: Ilha do Gambá, Ilha do Meio e Ilha dos Cabritos, ambientes naturalmente interativos e ricos em biodiversidade terrestre e marinha. Fundamentada na complementaridade entre a educação formal e a educação não formal de Gohn (2014) a SD foi estruturada nos três momentos pedagógicos propostos por Delizoicov, Angotti e Pernambuco (2011): problematização inicial, organização do conhecimento e aplicação do conhecimento. Seguindo os pressupostos de Guimarães e Giordan (2013), a SD foi validada a priori, com dois grupos de professores, e a posteriori com uma turma de 21 educandos do 4º ano do Curso Técnico em Pesca Integrado ao Ensino Médio. Configurada como estudo de caso, a investigação qualitativa teve os dados produzidos por intermédio de questionários semiestruturados e registros em diários de bordo pelos educandos e observações do pesquisador. Os resultados da intervenção pedagógica evidenciaram o alcance de indicadores da educação ambiental crítica proposta por Loureiro (2012), identificados a partir de três eixos de análise criados pelo pesquisador: 1) teórico-conceitual: com a apropriação, pelos sujeitos do estudo, do conceito e identidade da tendência emancipatória da educação ambiental em contraste com o enfoque conservacionista, na perspectiva do conhecimento do ambiente enquanto totalidade; 2) método-filosófico: a partir da compreensão da complementaridade entre a educação formal e a educação não formal por meio do uso recíproco de ambos espaços educativos em uma formação crítica e reflexiva; 3) práxis-pedagógico: com o desenvolvimento de uma proposta educativa construída de modo participativo que vincula o conteúdo curricular com a problematização da realidade de vida da comunidade escolar, da condição existencial e da sociedade com vistas às suas transformações. Com base na investigação, foi elaborado um Guia Educativo sobre as Ilhas Costeiras de Piúma aos educadores interessados no uso dos espaços de educação não formal como potenciais pedagógicos para promoção de uma educação ambiental crítica e emancipatória com educandos.