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Journal of Materials 
Education 
University of North Texas
vsm@.uaemex.mx
ISSN: 0738-7989 
MÉXICO
 
 
 
 
2001 
Elliot P. Douglas 
ENSEÑANZA DE LA QUÍMICA GENERAL A TRAVÉS DE LA CIENCIA DE 
MATERIALES 
Journal of Materials Education, año/vol. 23, número 1-3 
University of North Texas 
Denton, México 
pp. 93-98 
 
 
 
 
 
 
mailto:vsm@.uaemex.mx
http://www.redalyc.com
 
 
 
 
Journal of Materials Education Vol. 23 (1-3): 93-98 (2001) 
 
 
 
 
 
ENSEÑANZA DE LA QUÍMICA GENERAL A TRAVÉS DE LA 
CIENCIA DE MATERIALES 
 
Elliot P. Douglas 
 
Department of Materials Science and Engineering, University of Florida, Gainesville, FL 32611, 
USA. 
 
 
RESUMEN 
 
Hemos desarrollado un nuevo curso de Química de Materiales para principiantes con el propósito de 
mejorar la retención en el programa de ingeniería. Este curso de Química de los Materiales es 
completamente diferente de otros cursos introductorios de materiales en los que el programa inicial 
de estudios estándar de materiales no está cubierto (difusión, mecanismo de fortalecimiento, 
diagramas de fase eutéctica, etc.) Más bien su propósito es enseñar aplicaciones de conceptos básicas 
de química en ingeniería. Este curso se compone de cuatro unidades básicas: estructuras atómicas, 
moleculares y súpermoleculares; reacciones químicas; química física; y materiales biológicos. Cada 
una de esas unidades contiene temas diseñados para mostrar cómo los conceptos básicos de química 
se pueden aplicar a problemas de ingeniería. Por ejemplo, la tecnología del visualizador de cristal 
líquido es utilizada para enseñar el concepto de forma molecular. El curso incluye también una 
sección de laboratorio. Este artículo describirá los contenidos detallados del curso y su relación con 
el programa de estudios de ingeniería. 
 
Palabras clave: química de materiales, programa de estudios de licenciatura 
 
 
INTRODUCCIÓN 
 
Existe una mayor conciencia de la necesidad de 
introducir a los principiantes, quienes han 
escogido ingeniería como su especialidad, a los 
conceptos de ingeniería. Un método consiste en 
crear programas integrados para el primer año 
de estudios1. Estos programas de estudio 
intentan integrar la ciencia básica (Ej. química, 
física, matemáticas) a la ingeniería. El método 
podrá involucrar cursos individuales, bloques 
de curso o un programa de estudios completo 
para principiantes. Los resultados sugieren que 
esos métodos son exitosos, teniendo mayor 
retención y promedios más altos de 
calificaciones. La atracción de este método en 
consideración a la ingeniería ha sido dada a 
conocer en un reportaje de la Fundación 
Nacional para la Ciencia2, que concluye que “la 
atracción de química y física...se podría mejorar 
con un mayor énfasis hacia temas relacionados 
con los materiales que ayudaría a los 
estudiantes a relacionar mejor sus estudios con 
el ‘mundo real’.” 
 
 
Con esto en mente hemos desarrollado un 
nuevo curso llamado Química de los 
Materiales. El propósito de este curso es 
facilitar aplicaciones en ingeniería de conceptos 
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básicos de química para un nivel de 
principiantes. Este artículo describe el papel de 
este curso dentro del programa de estudios de 
ingeniería de la Universidad de Florida, aporta 
una descripción del contenido del curso y 
algunos resultados preliminares de evaluación. 
 
 
LA FUNCIÓN DEL CURSO 
 
El primer año del programa de estudios de 
ingeniería de la Universidad de Florida se 
dedica fundamentalmente a satisfacer la ciencia 
general, redacción científica y requisitos de 
humanidades. Ninguna de las subdivisiones 
oficiales de cualquier programa de ingeniería 
contiene un curso básico de ingeniería en el 
primer año. Los cursos del primer año de 
estudiantes que se especializan en la Ciencia de 
los Materiales e Ingeniería se muestran como 
ejemplo en la Tabla I. Existen solamente dos 
opciones para que un estudiante obtenga un 
contenido de ingeniería en su primer año. 
Algunos estudiantes eligen cursar 
 
Tabla I. Cursos del primer año para estudiantes 
especializados en Ciencia de Materiales e 
Ingeniería 
 
Semestre Curso* 
Ciencias Sociales y del 
Comportamiento (3) 
Humanidades (3) 
Geometría Analítica y Cálculo 1 
(4) 
Química 1 (3) 
1 
Laboratorio de Química 1 (1) 
Humanidades (3) 
Redacción Científica (3) 
Geometría Analítica y Cálculo 2 
(4) 
Química 2 (3) 
2 
Laboratorio de Química 2 (1) 
*Los créditos se muestran entre paréntesis. 
Introducción a la Ingeniería. Éste es un curso de 
un crédito en el cual los estudiantes visitan un 
departamento por una semana para aprender 
sobre este tipo de disciplina en ingeniería en lo 
específico. Este curso principalmente sirve a los 
estudiantes para familiarizarse con los 
diferentes tipos de ingeniería y no incluye 
ningún contenido técnico riguroso. Los 
estudiantes capaces de sobresalir en alguno de 
los cursos de ciencia para principiantes, podrán 
elegir cursos introductorios de ingeniería (Ej. 
Estadística, Circuitos, etc.) Sin embargo por lo 
general, los estudiantes que se aceptan en el 
Colegio Universitario de Ingeniería no tienen 
ningún contacto con contenidos de ingeniería 
en su primer año. Así es que el curso de 
Química de los Materiales fue desarrollado para 
satisfacer esta necesidad. 
 
Otra consideración importante en el desarrollo 
de este curso fue el efecto que podría tener en 
los estudiantes provenientes de otros colegios 
universitarios. El acuerdo de vinculación entre 
el Sistema de Universidades del Estado y el 
Sistema de Colegios Universitarios de Florida 
manifiesta que todos los cursos equivalentes 
tienen que estar disponibles en las 
universidades y en los colegios universitarios 
permitiendo a los estudiantes que provienen de 
colegios universitarios concluir su licenciatura 
en el mismo tiempo que los estudiantes que 
ingresan a la universidad como principiantes. 
Así, resultó importante que el curso de Química 
de los Materiales incluyera un contenido 
parecido al curso de química general disponible 
en los cursos de los colegios universitarios. Al 
mismo tiempo, se tiene un curso introductorio 
en ciencia de materiales e ingeniería en el 
penúltimo año de la Universidad de Florida. 
Este curso es uno de los principales de 
ingeniería por lo que también fue importante 
que el curso de Química de Materiales no 
incluyera un contenido que ya estaba cubierto 
por ese curso. 
 
Finalmente, consideramos la relación entre el 
curso de Química de Materiales con el 
programa de estudios de química general. 
Todos los estudiantes de Ingeniería deben 
cursar Química 1 y su laboratorio y, algunos 
estudiantes (incluyendo los estudiantes que se 
especializan en Ciencia de Materiales e 
Ingeniería) deben cursar Química 2 y su 
laboratorio. En tanto fuera deseable utilizar 
Química de Materiales en lugar de Química 1 
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Enseñanza de la Química General a través de la Ciencia de Materiales 
 
 
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para un mayor impacto, se decidió desarrollar 
Química de Materiales en lugar de Química 2. 
Esto fue porque la aplicación de química en 
ingeniería requería de los estudiantes contar con 
algún conocimiento de los principios básicos de 
química. Entonces fue adecuado para los 
estudiantes aprender primero estos principios en 
un curso de química general. 
 
EL CONTENIDO DE CURSO 
 
El contenido general del curso se determinó por 
una comisión de la facultad del Departamento 
de Ciencia de Materiales e Ingeniería en el que 
fungió como presidente el autor del mismo. El 
contenido del curso se diseño para acentuar los 
temas importantes de Química de Materiales. 
Como tal, el curso se dividió en cuatro 
secciones principales. Estas secciones junto con 
su duración y descripción son: 
- Estructuras Atómicas, Moleculares y 
Supermoleculares (4 semanas): tipos de 
enlace entre átomos, estructuras 
moleculares de materiales (Ej. polímeros) y 
la forma en la que los átomos y moléculas 
están ordenados en estructuras más grandes(Ej. cristales). La función del enlace y la 
estructura en la determinación de las 
propiedades de los materiales (Ej. densidad, 
expansión térmica, rigidez, conductividad). 
- Reacciones Químicas (4 semanas): las 
reacciones químicas importantes 
involucradas en la producción de materiales 
o su interacción con el medio ambiente. 
Temas específicos incluyen reacciones de 
corrosión, síntesis de polímeros y 
producción de acero. 
- Química Física (2 semanas): factores que 
influyen en la fabricación de los materiales. 
Énfasis en termodinámica (las energías 
involucradas) y cinética (lo rápido que 
pasan las cosas), así como también la 
interacción entre termodinámica y cinética 
para determinar si los procesos son 
prácticos. Los ejemplos incluyen 
cristalización y diagramas de fase. 
- Materiales Biológicos (2 semanas): la 
química de la vida tal como las estructuras 
normalmente llamadas moléculas 
biológicas (Ej. proteínas, azucares, 
polisacáridos, ADN). La cinética de 
procesos biológicos (enzimas como 
catalizadores). La compatibilidad de 
materiales utilizados en dispositivos 
médicos e implantes. La química asociada 
con ingeniería genética utilizada para 
aplicaciones farmacéuticas así como para 
modificar los códigos genéticos de la vida. 
 
Después del trabajo de la comisión, se asignó al 
autor para impartir este curso. Pensando en los 
temas antes mencionados, se planeó el 
contenido detallado de cada clase. Nótese 
sobretodo que el curso contiene tres horas 
semanales de clase teórica y tres horas 
semanales de laboratorio con un total de cuatro 
créditos. Normalmente a este curso se asignaría 
un solo profesor ayudante, pero dado que este 
curso fue impartido por primera ocasión en la 
primavera del 2001, se asignó un segundo 
profesor ayudante para ayudar a desarrollar los 
laboratorios (descritos mas adelante). La Tabla 
2 muestra una lista de temas cubiertos y los 
ejemplos de ingeniería utilizados. Nótese que 
estos ejemplos no necesariamente están 
presentados en orden conforme al semestre. Ya 
que no es posible describir a detalle todas las 
clases se mostrará un ejemplo que de una visión 
global del contenido del curso. 
 
En Química 1, los estudiantes conocen el 
modelo de la Repulsión de Parejas de 
Electrones de la Capa de Valencia (VSPER) 
para determinar la geometría molecular. En la 
sección de Estructuras Atómicas, Moleculares y 
Supermoleculares de la Química de los 
Materiales, este modelo se aplica para entender 
los requisitos moleculares para cristalinidad 
líquida. La clase empieza con una descripción 
breve de la operación de visualizadores de 
cristales líquidos y la definición de un cristal 
líquido. Dos moléculas se muestran (ver Figura 
1) diciendo a los estudiantes que uno es un 
cristal líquido y el otro no. El modelo de 
VSPER se repite y aplica a estas moléculas para 
mostrar que la molécula que contiene una 
unidad central de metileno (parte a de la Figura 
1) está doblada mientras la otra molécula está 
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recta. Adicionalmente, se presenta el concepto 
de barreras rotatorias y se aplica a estas 
moléculas para mostrar que aquella que 
contiene metileno es flexible mientras la otra se 
mantiene rígida. 
 
Esta clase acentúa dos puntos importantes con 
respecto al curso de Química de Materiales. El 
primero es la aplicación de los conceptos 
básicos (VSPER) en aplicaciones importantes 
de ingeniería (visualizadores de cristales 
líquidos). El segundo es el método para enseñar 
el material con base en las necesidades. En el 
programa de estudios de química tradicional el 
concepto de barreras rotatorias no se enseña 
sino hasta el de química orgánica, un curso que 
pocos estudiantes de ingeniería toman. Sin 
embargo el concepto es muy importante para 
entender cómo diseñar materiales que son 
cristales líquidos y, por eso, se incluye en este 
curso. 
 
 
Tabla 2. Lista de conceptos de química y sus correspondientes ejemplos en ingeniería. 
 
Tema Ejemplos 
Enlaces Cristales líquidos (forma molecular) 
Temperatura de fusión, transición de vidrio polímero (enlaces 
secundarios) 
Propiedades Mecánicas (tipo de enlace y fuerza) 
Moléculas y cristales Compuestos orgánicos 
Polímeros 
Materiales inorgánicos 
Densidad (estructuras de cristales) 
ADN 
Entalpías de formación de 
enlaces 
Polimerización de radicales libres 
Reacciones de equilibrio Polimerización de condensación 
Ácidos y bases Minería de fosfatos 
Termodinámicos Temperatura máxima de polímeros (despolimerización) 
Solubilidad 
Diagramas de fase (incluyendo diagramas de fase metálicas 
tecnológicamente relevantes) 
Cinética Cristalización 
Enzimas 
Química eléctrica Corrosión 
Baterías 
 
C
H
H
R C N
C CR
(b)
C N
(a)
 
 
 
 
Figura 1: Moléculas utilizadas en la clase de 
geometría molecular: (a) cristalinas no líquidas 
y (b) cristalinas líquidas. 
 
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LABORATORIOS 
 
Tradicionalmente, los laboratorios de química 
general son vistos como un método de “libro de 
cocina”. Se ha hecho un esfuerzo para cambiar 
esto creando actividades no limitadas de 
laboratorio que permitan a los estudiantes llegar 
a sus propias conclusiones sobre los datos que 
han acumulado3. En algunos casos se 
proporciona a los estudiantes únicamente el 
objetivo general del laboratorio y ellos mismos 
tienen que desarrollar el proceso experimental. 
Este método se compara mas a la experiencia 
de ingeniería, por lo que se utiliza en el 
desarrollo de los laboratorios. 
 
La lista parcial de los laboratorios se muestra en 
la Tabla 3. Los laboratorios están diseñados 
para complementar el material de los cursos. En 
algunos casos en el laboratorio se muestra la 
aplicación del material aprendido en el curso, 
en otros casos en el laboratorio se desarrolla 
más que en el material del curso y, en algunos 
otros en el laboratorio se ilustran puntos 
importantes antes de la presentación del curso a 
fin de que los estudiantes tengan una 
experiencia concreta con la que puedan 
relacionar los conceptos abstractos. Además 
algunos de los laboratorios están diseñados con 
base en actividades no limitadas. Un punto 
interesante acerca de los laboratorios es que 
éstos disponen de bancas comunes. Esto fue un 
asunto práctico; ya que el sitio para vitrinas 
extractoras no está disponible para todos los 
estudiantes, los experimentos se diseñaron de 
manera que no se requirieran vitrinas. 
 
 
Tabla 3. Lista Parcial de Laboratorios. 
 
Laboratorio Concepto de Ingeniería o Química 
Búsqueda de Literatura Científica identificación de trabajos anteriores, 
reportaje de resultados 
Densidad estructuras de cristales, estadística 
Propiedades mecánicas enlaces 
Composición de co-polímeros identificación de ácido/base 
Endurecimiento por envejecimiento de 
Aleaciones de AL 
diagramas de fase 
Corrosión electroquímica 
 
 
EVALUACIÓN INICIAL 
 
Este curso se impartió por primera vez en el 
semestre de primavera del 2001. Así que 
solamente se tienen pocos datos de evaluación. 
Los únicos datos cuantitativos provienen de una 
encuesta aplicada entre los estudiantes al final 
del semestre. Para esta encuesta se tuvo un total 
de 20 entrevistados de una matricula de 24. Se 
pidió a los estudiantes contestar a las tres 
preguntas con una escala de uno a cinco, 
indicando con uno que estaban vigorosamente 
en desacuerdo con la declaración e indicando 
con cinco que estaban totalmente de acuerdo 
con la declaración. La lista siguiente muestra 
las declaraciones, el promedio de las respuestas 
y la desviación estándar de éstas: 
 
Este curso me mostró cómo la química está 
relacionada con la ingeniería. 
 promedio = 4.5 
 desviación estándar = 0.51 
 
Comparado con otros cursos de química 
general que tomé encontré mayor contenido de 
ingeniería. 
 promedio = 4.7 
 desviación estándar = 0.47 
 
Recomendaría este cursoa otros estudiantes de 
ingeniería en lugar de química general. 
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 promedio = 4.8 
 desviación estándar = 0.44 
 
Como se puede observar en los resultados, la 
evaluación inicial da a entender que el curso ha 
cumplido con su propósito de facilitar una 
perspectiva de la ingeniería a la química 
general. Esto también se aclara con algunos 
comentarios anónimos de los estudiantes a 
través de encuestas de evaluación durante el 
semestre. Dos ejemplos son, “...(este curso) me 
hace sentir como si hubiera ingresado a mi 
programa de estudios principal en lugar de al 
de Educación General,” y, “...tengo una mejor 
comprensión de porqué estos temas son 
apropiados para la ingeniería.” No obstante 
estos resultados naturalmente sólo se pueden 
considerar como preliminares. Los planes de 
evaluación adicional incluyen dar seguimiento a 
los estudiantes a través del tiempo para 
determinar si hay cambios en su porcentaje de 
retención o desempeño en otras clases, así 
como también ampliar la muestra para incluir 
estudiantes que tomen el curso en semestres 
futuros. 
 
 
CONCLUSIONES 
 
El curso de Química de Materiales descrito aquí 
facilita un método para introducir a 
principiantes en conceptos de ingeniería. Su 
propósito es demostrar las aplicaciones en 
ingeniería en conceptos básicos de química. 
Aun cuando la evaluación inicial es positiva, 
quedan una serie de preguntas. ¿Es un método 
efectivo introducir la ingeniería a los 
principiantes? ¿Mejorará la retención de los 
principiantes en los programas de ingeniería? 
¿Mejorará el desempeño en otros cursos de 
ingeniería? 
En el futuro planeamos analizar las 
experiencias de los estudiantes que toman este 
curso para contestar estas preguntas. 
 
 
 
REFERENCIAS 
 
1. Al-Holou, Nizar, Nihat M. Bilgutay, Carlos 
Corleto, John T. Demel, Richard Felder, 
Karen Frair, Jeffrey E. Froyd, Marc Hoit, 
Jim Morgan, y David L. Wells, “First-Year 
Integrated Curricula: Design Alternatives 
and Examples”, Journal of Engineering 
Education, 88, no. 4, 435-448 (1999). 
 
2. Reporte de la Fundación Nacional para las 
Ciencias del Taller de Trabajo en 
Materiales para el Desarrollo del Programa 
de Licenciatura, Octubre 11-13, 1989. 
 
3. Lamba Ram, Jesus Monzón, George 
Bodner, George Lisensky, Brock Spencer, y 
Laura Parmentier, Discovering Chemistry, 
John Wiley and Sons, 1997.
 
Journal of Materials Education Vol. 23 (1-3) 
	15.pdf
	RESUMEN
	Palabras clave: química de materiales, programa de estudios
	INTRODUCCIÓN
	LA FUNCIÓN DEL CURSO
	EL CONTENIDO DE CURSO
	LABORATORIOS
	CONCLUSIONES