電子通訊可編程音樂終端演示儀

研究背景與簡介

電子信息技術是當代最活躍、滲透力最強的科學技術。隨著我國科學技術和人民生活水平的不斷提高，電子信息技術的應用已經進入各個領域，成為現代生產生活中不可缺少的重要組成部分。學生很想了解、學習有關的電子信息技術，但是，至今為止，電子信息課堂教學一般都是老師系統講解理論知識，缺少生動直觀的教具，所以，學生在學習電子信息技術知識理論時，總感覺抽象、枯燥、深奧，學習熱情和興趣難以激發，不能達到很好的教學效果。因此，從電子信息技術課堂教學現狀和廣大教師、學生們的需求出發，非常需要研發新穎直觀的科技教具，通過深入淺出的講解演示，增強學生學習電子技術的積極性和自信心，提高課堂教學質量。

根據新課標要求，教師不能僅僅是教材的傳授者，還應善于用新方法、新思路創設新課程，重視跨學科教學，體現學科之間的聯系，重視綜合性知識的學習和應用。基于以上原因，經過多方考慮和大量查新研究，結合學生興趣特點和當代先進科學技術，我研發了科技創新教具——電子通訊可編程音樂終端演示儀。

該演示儀可采用USB有線接口或藍牙無線通訊接口，以音樂為載體，自主研發音樂軟件平臺，實現現場編程，展示C語言編程的代碼生成過程。演示儀采用單片機編程、控制播放樂曲，能隨意改變音樂節奏，通過終端可以上網交互數據。

研究目的

讓教師可以借助演示儀形象直觀地講授電子通訊技術、電子發聲原理、單片機編程、硬件設計、開發音樂軟件等電子信息技術，展示知識生成過程，提高教學質量，體現新課標對教師要求。

讓學生能用這個演示儀清晰、深入淺出地體驗、理解電子信息技術。借助這個演示儀開闊學生眼界，讓學習充滿樂趣。

提高學生創新精神和電子信息技術實際應用的意識。

發明關鍵技術與工作過程說明

關鍵技術

根據音高和頻率轉化表，利用單片機編寫音樂程序。

自主研發音樂軟件平臺，實現學生現場編程，將圖形化轉化為C語言編程代碼，利用8051單片機控制播放樂曲并隨意改變旋律與節奏。

8051單片機控制音符排序與觸摸鍵相對應，利用觸摸時長控制每個音符長短，可以隨意變化旋律與節奏。

使用藍牙無線通訊技術中2.4GHz的ISM頻段。

使用傳輸速度快、使用方便、支持熱插拔、連接靈活、獨立供電的USB有線接口。

工作過程說明

首先，將教具發明實物通過USB有線接口或無線藍牙通訊接口與平板電腦（移動終端）連接，單片機LED指示燈閃亮，系統準備就緒。

其次，打開平板電腦里自己研發的音樂編程軟件平臺，即興編寫音樂程序，將寫好的音樂程序寫入單片機。在音樂編程界面，可以將現場圖形化編程，即時生成為C語言的編程過程。

之后，單片機控制播放樂曲，調節旋鈕，音樂可以整體加速、減速。單片機能夠判斷是否有按鍵。如果按壓觸摸鍵，單片機則按照電腦里即興編寫好的音樂音符排列，與觸摸鍵的按鍵次數一一對應音符個數。按壓觸摸按鍵，該音符會持續發聲，直到停止本次觸摸。再次觸摸，則是下一個音符。這樣，可以實現在確保音準的基礎上，根據自己對樂曲的理解，隨意變化樂曲中每個音符的時長，像作曲家一樣自由發揮。

學生也可以保存自己編寫的音樂程序，利用移動終端平板電腦在網絡上共同分享，實現信息交流與學習。

發明設計結構

演示儀電路原理見圖l，音樂控制流程見圖2。

藍牙無線通訊可編程音樂終端演示儀見圖3。

創新點與演示儀應用初步效果

創新點

演示儀綜合運用了電子通訊技術、電子發聲原理、單片機技術、音樂軟件開發等內容，可以展示知識的形成過程，進行跨學科科技創新探索。

融趣味性和知識性為一體，增加課堂互動環節。學生可以現場編寫音樂程序，利用單片機控制音樂播放、隨意改變音樂節奏、通過移動終端實現上網交流信息（比如交流曲譜）等。

可以按照知識難度分類教學，適合不同層次的學生學習，可提高課堂教學質量的目標。

演示儀可拆卸、組裝，方便操作演示、攜帶和保管；成本低、可以推廣使用。

演示儀應用初步效果

我在部分中小學校上電子信息技術課時使用了該演示儀，初步達到預期教學效果，得到學生和老師們的好評。同行老師們反映，該演示儀設計較新穎，利于教師講授、展示電子信息技術，有助于激發學生學習熱情，增強他們學習電子技術的興趣。該教具知識綜合性強，適合不同層次的學生學習。使用過演示儀的同學反映：該教具趣味性強，拉近了我們與高科技知識的距離，讓我們感到很新穎別致；該教具可以讓我們直觀地學習電子通訊技術、電子發聲原理等多種電子信息技術，感受和體驗知識的形成過程，感到不難、不深奧了；該教具增加了課堂互動環節，我們通過模型演示與實踐，既能在“玩”中學又能在學中“玩”！

改進與展望

下一階段改進方向是：在研發音樂編程軟件時，多考慮一些音樂元素，讓音樂展示得更加豐富多彩；為了方便小學低年級和幼兒園學生使用，可以考慮用磁卡讀卡器的方式，指令音符按照順序刷卡，這樣，操作更簡單，更加便于學習。

該項目獲得第29屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創新成果科技發明類一等獎。

專家評語

本發明利用USB有線接口和藍牙無線通訊，實現了現場編寫樂曲、可隨意改變音符節奏等功能，還可以在網上實現交互教學功能。同時為了方便幼兒教學，還可以利用讀磁卡的形式輸入音符。本發明把學習音樂知識的過程變得更加直觀和有趣，增加了課堂互動，有利于學生對音樂產生更加濃厚的興趣。