“智能鋼琴”學習形式在“互聯網+”時代的可行性探究

文/ 涂 波、彭燭之

“智能鋼琴”作為一種新興的專門為鋼琴學習而打造的樂器，其廣闊的市場發展前景已得到重視。其特點是在保持傳統鋼琴的音樂特性基礎上，全面應用現代科技，改造和拓展其產品結構和使用功能，并與現代社會的各種科技成果相結合，更好地服務于現代音樂教育和生活。“智能鋼琴”將交互式計算機與鋼琴連接，并形成人機互動，計算機領導演奏者彈奏，以屏幕作為呈示窗口，展現樂譜或者音樂相關內容，琴鍵鏈接傳感器，計算機對演奏的情況進行實時反饋，促進演奏者對鋼琴演奏技能的學習。本文將研究智能鋼琴為切入點，以增強大眾鋼琴學習效率為宗旨，探討大眾鋼琴學習的創新形式。

“智能鋼琴”模塊組成

一、學習數據資料庫模塊

1.“智能鋼琴”學習數據資料庫技術原理

與鋼琴相關的學習資料種類繁多、信息量大，然而還有相當數量的民眾對于信息技術運用能力比較欠缺，尤其是中老年群體，因此為“智能鋼琴”構建一個學習資源全面、檢索方便快捷的資料庫顯得尤為重要。構建完善的“智能鋼琴”學習資料庫將有利于用戶鋼琴學習活動的展開，并且能吸引更多的鋼琴愛好者使用，為學習數據資料庫的擴大建設形成良好的用戶基礎。

數據挖掘是一個多學科領域，它融合了數據庫技術、機器學習、概率與統計學、信息檢索、模式識別等多個學科。當前的常用的數據庫查詢檢索機制很難收集非結構化的信息，比如文字中所帶有的情感信息。基于數據挖掘的信息系統建立在“智能鋼琴”為基礎的服務上，為中老年人搜尋所需要的學習信息帶來極大便利。根據用戶的各類需求、喜好構建相應模型，在用戶尋找資料時分析呈現適合其學習的內容。在基于數據挖掘的信息管理層總體架構中，可以通過基于開源項目Lucene構建的搜索引擎系統，搜索所需學習資料，同時搜索信息被記錄；推薦系統通過在資料庫中獲取到用戶的相關信息，給用戶自動推薦相關的學習資料等。

2. “智能鋼琴”學習數據資料庫基本內容

設計“智能鋼琴”學習數據資料庫，為用戶自學鋼琴提供資源，在課后輔助鋼琴學習，使其在探索中發現音樂世界的樂趣。資料庫以傳統鋼琴教材為基礎，建立“音視頻、電子樂譜、音樂游戲、文字簡介”等多媒體集成化學習資料庫。“智能鋼琴”學習資料庫不僅滿足用戶日常學習的需要，也為后續資料完善提供理論支持，方便充實學習內容的工作開展。

資料庫豐富的資源可供用戶自由選擇，也可由系統根據用戶的愛好進行推送。音樂游戲與動畫視頻等內容可有效改善枯燥的鋼琴學習過程，并且能在音樂游戲中培養樂感與節奏感，從側面提高學習的效率，讓用戶更早學會靈活演奏鋼琴，體驗樂趣。

3.“智能鋼琴” 學習數據資料庫建設原則

可持續發展原則

“智能鋼琴”學習數據資料庫的建設是一個漫長且工作量巨大的過程，因此需要明確階段計劃，對各層次、類別、階段進行準確掌控，統籌規劃，由易到難地循序漸進完成。作為建立完善學習環境的資源支撐，它必須具有可拓展性，任何時間、任何用戶都能登陸自己的平臺上傳各類資源，或者更新完善已有資源，管理人員定期對資源進行管理和重新分類。既保證資源的高質量，又使學習數據資料庫具有擴充性。

緊扣學習目標原則

學習目標是學習活動的出發點，更是學習過程的基本指南。因此明確的學習目標能為學習數據資料庫的建設提供參考，資料庫應能有效幫助到用戶的學習。因此，在建設學習數據資料庫時要參考用戶的學習目標定位，為用戶提供適宜的學習資料。

開放共享原則

開放是為了避免知識產權與版權的問題，資源應能進行修改和拆分；共享的目的是為了充分發揮學習數據資料庫的效益，資料庫中由管理者或用戶上傳的資源供廣大用戶自由地瀏覽使用。

二、指導學習模塊

對于普通教育系統而言，這種在教學系統上的智能化、多媒體化早在20世紀90 年代就已進入了人們的視野，當然，音樂院校中的諸多課程中也普遍運用到了這些技術，這對于音樂教育在授課方式和效果等方面都起到了很大的改變。大眾鋼琴的教學同樣需要與時俱進，利用信息平臺的優勢彌補傳統鋼琴教學與學習過程中的不足。傳統的鋼琴課程為一對一的教學方法，學生課下再自行練習。對于業余鋼琴學習的大眾來說，這樣的學習方式是非常無趣的，他們更多的是希望能在娛樂中學習，然后用鋼琴彈一些自己喜歡的小曲。利用“智能鋼琴”的人機交互與師生交互的特點，將為大眾鋼琴學習帶來諸多益處。

建構適合大眾學習的指導模塊是“智能鋼琴”系統的重中之重，“智能鋼琴”通過計算機與網絡的鏈接實現人機交互、教師指導，通過兩條渠道同時促進鋼琴學習活動的實施。

1. 人機交互

“智能鋼琴”首先通過顯示屏將電子樂譜呈現出，用戶可以選擇播放音頻來熟悉作品的旋律，“智能鋼琴”以類似于打譜軟件的方式比對樂譜進行播放，方便識譜能力較弱的學習者在音樂前進的過程中瀏覽全譜，用戶還能根據自身習慣調整播放速度。在初步了解整首作品的概況后，用戶可選擇顯示推薦指法，然后進行學習演奏，計算機會根據演奏進度將音高用燈光投射到鍵盤上，方便識譜慢的學習者找到將要彈奏的琴鍵。在能較為熟練演奏整首作品后，用戶可以選擇從資料庫中觀看示范演奏的視頻，以了解作品的演奏風格與音樂表達的情感。最后，用戶可選擇檢驗學習成果，“智能鋼琴”的琴鍵鏈接有傳感器，演奏者在彈奏時會產生數碼信號，電腦再根據電子樂譜進行比對，從演奏速度、音準及音樂性等多方面進行檢驗，最后將核查出的問題反饋給演奏者。

人機交互主要為自主學習開展出新的途徑。在傳統的鋼琴學習中，自主學習是難以實施的，學習者必須以良好的音樂基礎、全面的藝術素養作為支撐，明確自己的學習方向，制定完善的自學計劃，并且能對學習過程中出現的錯誤進行及時反省與修正。這對于業余學習鋼琴的大眾來說“步履維艱”，而“智能鋼琴”的引導能有效緩解業余學習者音樂素養薄弱的問題。“智能鋼琴”的曲譜庫將作品按難度級數劃分，使演奏者對于學習計劃的安排做到心中有數。演奏時，計算機能自動核對演奏的正確性，促進用戶熟練演奏，完成作品的基本音樂要素。

2. 教師指導

用電子數碼樂器作為網絡音樂教育工具，在發達國家已經有應用。現在很多電子數碼樂器制造商聯合音樂院校，正在大力推廣這一教育形式。“智能鋼琴”網絡教育正是應用了這個平臺來推動傳統鋼琴音樂教育。人機交互主要負責輔導學生完成基本音樂要素，后期的加強依然需要由老師指引。“智能鋼琴”利用網絡平臺改變了傳統鋼琴教育的面對面、一對一的教學方式在大眾鋼琴學習中的運用，可使他們做到足不出戶。師生交流是以鍵盤傳感器、攝像頭、麥克風、音響和屏幕等設備作為技術支撐，教師通過聲音、指法和手形等判斷學生的演奏水平，并進行遠程示范指導。

當用戶想學習一首新的作品時，首先在學習資料庫中尋找電子樂譜，然后選擇播放由計算機演奏的音頻，跟隨屏幕上的指引瀏覽全曲，初步了解旋律。在對曲目有一定印象后，用戶再從學習資料庫中搜索作品背景資料，包括文字講解和視頻、動畫等，通過多種形式全面了解作品。接下來通過計算機指引開始學習彈奏，前文已做過講解，在此不再贅述。計算機的指導完成初步學習后，用戶基本能按適當的速度完整彈奏。此步驟都是由用戶自行完成，減少了一對一鋼琴課的課時，大幅節約了學習成本。后期進一步完善將由教師參與指導，通過攝像頭與麥克風將用戶的演奏音像傳輸給指導老師，鍵盤中的傳感器也將用戶彈奏的鍵位實時傳輸到教師的智能鋼琴端，燈光投射到教師的琴鍵上，隨時發現演奏中的錯誤。教師再通過視頻方式教授關于曲目的演奏的知識。鋼琴網絡課堂可以使用一對一或一對多的指導方式。

三、智能評估模塊

智能評估模塊旨在通過演奏評分機制使用戶了解自己的學習進度，并且根據用戶喜好、需求與數據庫中建構的用戶模型進行比對，為其推薦難度適當的學習內容，為制定后續學習計劃提供參考，智能評估模塊分為三個部分。

1.初學用戶評估

對于初次使用“智能鋼琴”的用戶，需對其演奏水平、喜好、需求進行評估。有演奏基礎的用戶可在“智能鋼琴”上選擇難度級別，然后通過演奏測試，計算機根據演奏速度、準確率、力度掌控進行判斷，對其演奏水平進行評分，最后根據現階段水平進行學習計劃制定。沒有演奏基礎的用戶可直接填寫調查表，選擇喜歡的曲目風格和期望達到的水平，然后再根據用戶需求制定學習計劃。

2.中期學習評估

中期學習評估旨在對學習情況進行了解，查漏補缺，為后續學習提供數據參考。中期學習評估分為自我評價和外界評價。自我評價以問卷的形式呈現，包括學習滿意度、自我評分、對于所學習作品的喜愛度。外界評價將對演奏水平進行評分，首先，由計算機給出分數，評價方式與指導學習模塊的人機交互方式一樣，對演奏的基本要素進行評分。然后將演奏的音頻或視頻上傳，由專業教師和其他用戶進行打分并寫評語。最后，計算機根據綜合評分和問卷結果制定后續學習計劃。

3.學習計劃制定

系統通過曲目喜好和演奏水平兩個要素制定學習計劃。演奏水平由計算機評分和專業教師評分綜合而來，根據評分劃分演奏水平，達到合格線的用戶可在后續學習中加深作品難度，進階到更高的層級。曲目喜好識別來自兩個途徑，第一是由用戶在調查問卷中選擇；第二由以數據挖掘技術作為支撐，在用戶日常檢索中收集信息，系統比對數據庫中的用戶模型，為其推薦難度適合的作品和相應的學習資料。

四、藝術實踐交流模塊

利用“智能鋼琴”設備學習的前期過程多為自學形式，輔以教師在線指導，學習成效雖足以滿足大眾娛樂演奏，但存在“閉門造車”的弊端，因此利用網絡技術增加鋼琴學習者之間的交流互動，為部分行動困難、足不出戶的中老年人提供藝術實踐的機會，才能為大眾學習鋼琴帶來樂趣，為綜合鋼琴演奏水平的提高提供更廣泛的渠道。

1.“智能鋼琴”交流平臺

相對于現有的音樂交流平臺，“智能鋼琴”有著其獨有的優勢，鋼琴與計算機直接相連，不需要外接其他電子設備，省去了格式轉換等復雜過程，方便了不熟悉電子產品和電腦技術的中老年用戶。用戶可將自己演奏的音頻、視頻或者文字內容上傳至鋼琴交流平臺，除了自己演奏的音頻、視頻外，也可分享自己喜歡的音樂作品，以及文字性的學習心得、音樂評論等。其他用戶則可進行評論，發表自己的感想，供大家學習參考。

2.鋼琴網絡直播

網絡平臺憑借其開放性、實時性、不可篡改性等特征在當今社會廣泛流行，越來越多的人參與到直播中，全民直播成了一個趨勢。藝術實踐對場地、設備、觀演群眾有著較高要求，但是直播平臺的出現便解決了這一難題。將網絡直播模式融入“智能鋼琴”交流模塊中，根據它的特點，能最大限度地模擬與舞臺演出相似的環境。“智能鋼琴”運用其自帶的麥克風和攝像頭進行鋼琴演奏直播，用戶可根據自身安排選擇直播時間，其自由性不言而喻。業余愛好者也能在直播中體驗表演的樂趣。

3.數字化音樂實驗學習系統

大眾學習鋼琴的內容多為獨奏作品，如想對鋼琴藝術有更廣泛的認識，還需要在浩如煙海的鋼琴伴奏、重奏、協奏作品中“刨根問底”。但鋼琴重奏、協奏對人力、物力、財力有著較高要求，對于業余愛好者來說難以達到。數字化管弦樂隊是采用多媒體技術與“MIDI”打譜軟件合成器樂演奏部分，將樂譜中各樂器的音符以音頻的形式呈現，形成“計算機樂隊”。演奏者在“智能鋼琴”上回放樂隊音響的同時，能同步進行鋼琴部分的演奏訓練，并根據音樂表情的需要，運用各種控制器和液晶顯示屏及踏板操作，靈活地變化樂隊音響的力度和速度，還可按要求自如地對此段音樂做任意地快進、倒轉和回放，直到鋼琴演奏的訓練達到滿意為止。用戶可以自行選擇作品類型，在家中體驗合奏的樂趣。數字化管弦樂隊在豐富學習形式的同時，有效提高了學習效率。

自主化鋼琴學習生態系統

一、學習生態系統基本理論

“生態”本是用來形容生物與自然環境的平衡與發展關系，它是一個具有開放性、相互依賴性、多樣性的系統。后來美國教育家勞倫斯·克雷明首次運用生態學原理研究教育活動，以解釋教育的發展規律，并提出了“教育生態學”。

隨著新的學習理論提出，基于教育生態觀念而衍生出學習生態理論。學習生態系統是指由學習共同體及其物理的和虛擬的學習環境構成的自成一體的實體。在當代的教育理念中，“以學生為中心”替代了“以教師為中心”。在此基礎上結合外界情景進行意義建構，形成建構主義學習觀。學生不再依靠教師的單方面指導，而是由學習者與助學者形成一個學習共同體，在交流互動、資源共享中完成學習任務，以達到相互促進、共同進步。

二、自主化鋼琴學習生態系統構成

以建構主義學習作為理論基礎，運用多媒體基礎、互聯網、“智能鋼琴”設備構建新型網絡遠程教育平臺，各類型用戶劃分成學習者與助學者，用戶在平臺中與網絡環境共同形成虛擬鋼琴學習社區。

1.學習者

在構建主義學習理論被廣為提倡的今天，以“學習者為中心”的觀念已得到各層級教育工作者的認可，因此在“鋼琴學習生態系統”中，學習者應被列為發展核心。學習者對鋼琴藝術的求知欲望，是網絡教育技術發展的動機。在虛擬的鋼琴學習社區中，學習者之間相互交流，在拓展知識面、加深認識深度的同時，也能提高學習者的自主學習積極性，在反思中探尋真理。

2.助學者

虛擬鋼琴學習社區中的助學者主要指專業鋼琴指導教師，在一定情況下學習者也能扮演助學者的角色。教師在鋼琴學習生態系統中為學生提供必要的指導與評價，為其提供學習建議與解答疑難，促進學習者學習與反思。在建構主義學習理論框架下，教師從“知識提供者”向“學習促進者”進行角色轉型。因此助學者應加強與學習者的交流，領導學生對于知識的整合與實踐，促使學生在自身經驗背景中建構知識體系。

3.信息流

在虛擬鋼琴學習社區中，信息流包括結構化知識信息流與互動信息流兩類。結構化知識信息流指的是與鋼琴學習相關的理論知識信息，包括音樂理論、指導視頻、音頻和動畫等，用于用戶自行學習理解。互動信息流是指用戶之間的交流信息，其作用是連接各用戶，方便他們對于知識的探討運用，相互評價與指點，促進用戶共同進步，共同支持鋼琴學習生態系統的運作。

三、自主化鋼琴學習生態系統特征

1.開放性

自主化鋼琴學習生態系統的技術基礎是互聯網與“智能鋼琴”設備，因此具有較高的開放性。每個用戶均在使用過程中完成數據的輸入與輸出，每個人都是數據庫建設的參與者。因此相比較于傳統的鋼琴學習形式，其具有更高的資源優勢，用戶在資源共享的同時也方便了自己的信息檢索，從側面加強學生學習的需求與動力。

2.交互性

自主化鋼琴學習生態系統中，鋼琴學習是人與計算機、人與人之間的交互的過程。計算機為用戶提供任務與反饋，用戶在計算機的指引下，根據自身的實際情況調節學習行為。人與人的交互目的在于促進用戶之間的合作與交流，在虛擬的環境中開展人際交往，有利于增強學習興趣。在探討中發生思想的碰撞，提高認知能力與知識深度。

3.高效性

學習活動中充滿復雜的信息傳遞，將信息技術手段融入鋼琴學習過程中，可以有效提高學習效率、優化學習成效，彌補傳統學習形式的局限。通過對文本資料、音視頻、圖片及動畫等資源的集成化處理，形成多方位的學習情景。調動鋼琴學習者的主動性，在積極參與、潛移默化中消化吸收知識。

“智能鋼琴”學習實踐研究

“智能鋼琴”能為大眾學習鋼琴提供有效的引導作用，下文通過建立一套全方位的實驗設計，來驗證“智能鋼琴”設備在大眾鋼琴學習中的實用性。“智能鋼琴”的學習過程分為三個階段—自學、一對一同步網絡課程和一對一面授課，以六周為一個學習周期，第一至五周為自學課，第三周為鋼琴教師同步網絡課，第六周為面授課。以王建中先生的《山丹丹花開紅艷艷》為學習個案，從第一周到第六周展開相應的學習計劃。由淺至深學習該作品內容，每周結合任務完成情況和效果反饋得出數據，最后再檢查作品學習情況，從而展現“智能鋼琴”學習方式的優勢（見下表）。

學習實驗設計數據跟蹤表

一、學習方法及步驟設置

1.學習目標與重點

針對王建中改編的鋼琴曲《山丹丹花開紅艷艷》的學習內容，本課程設置了以下三個學習目標：（1）初步掌握陜北民歌的樂曲風格，了解作品寫作背景。（2）基本達到準確演奏作品的標準，掌握各音樂演奏的基本要素，包括音準、力度、樂句劃分和指法等。（3）將音頻、視頻、動畫和音樂游戲等現代多媒體技術融入中老年鋼琴學習中，豐富在鋼琴學習中的感官體驗，學習多方位的音樂知識，提高學習興趣。學習重點主要有三項：（1）掌握科學練琴方法，克服技巧難點。（2）對陜北民歌改編的鋼琴作品的風格把握。（3）合理使用“智能鋼琴”學習數據資料庫，運用多媒體資源輔助學習。

2. 自 學

首先通過觀看教學視頻、文字資料學習作品相關的背景資料，對作品整體情況進行了解。作品是以陜北民歌的旋律為基礎，作曲家進行鋼琴化再創作而成，用鋼琴去模擬陜北民歌的唱腔。然后跟隨電子樂譜中的學習指導，進行識譜及慢速分手練習，熟悉指法與手位。對于樂曲中多次手指快速跑動和遠距離跳動的演奏技巧，嘗試通過快慢穿插的練習方式克服，不能達到演奏要求的部分進行標識，待上網絡課時由鋼琴教師指導。能雙手共同完整演奏后，進行計算機評分，檢測音準與節奏問題。然后根據計算機所呈現的數據參數，調整練習方法，將演奏有誤的地方挑出來專門練習。

3.同步網絡課及面授

教師首先聆聽學生完整演奏全曲，并講解作品中的音樂要素與技巧難點，以及對于困難技巧點的練習方法，最后再講解作品的音樂性處理方法。樂曲首段的引子部分，長樂句應從慢速進、快速收尾，特別要強調重音記號標識的音符。A段應保持節奏平穩，音樂情緒端莊大方；B段情緒變化較大，應極富有熱情，精神飽滿充沛地完成演奏；最后主旋律再現時，伴奏織體發生變化，右手的和弦搭配左手的琶音，明確每一樂句的起止，由動作一氣呵成地完成一個樂句。

在教師指導后，將要點整合，完整地演奏作品，由教師和計算機共同完成全方位的評價。

二、案例分析

從短短六周的學習過程中，能看出“智能鋼琴”學習方式有著一定的可行性。“智能鋼琴”的學習方式將自學、網絡課和面授結合，學習形式不再單一化。新的學習形式通過信息化技術的大量運用，為鋼琴學習添加了多元化的內容，相比傳統的單純面授教學，學習者的感官體驗更加豐富，學習內容更容易被接受。通過計算機與專業教師共同參與評價，學習成果更加客觀與直觀，給業余鋼琴學習者帶來成就感，為堅持鋼琴學習與后續學習計劃制定打下了堅實的基礎。

三、實施效果總結

“智能鋼琴”能否進行推廣，還需要廣大的鋼琴愛好者在此學習形式中不斷實踐探索，逐漸對內容進行更新。運用“智能鋼琴”平臺，檢索豐富的與音樂相關的資料，更加方便、快捷地收集音頻、視頻及圖片等資源，與教師的講解相結合，全方位擴大知識面。利用互聯網交流平臺，結合新興的網絡直播形式，與其他用戶分享學習成果與經驗，相互提供參考建議，改善鋼琴學習過程中的枯燥，活躍學習氣氛，激發對藝術世界更深層次內容的興趣。在計算機與教師的共同評估中，制定完善的、目標明確的學習計劃，提高學習效率。

結 語

互聯網技術的高速發展使得學習環境發生了重大轉變，學習的自由度隨之提高，線上與線下學習同步展開，學習場所的固定已被打破。各層次的音樂教育都在進行探索式地改革，結合現代科技推進教育改革已成為大的趨勢，通過信息化學習手段的運用，降低學習成本，豐富學習體驗。“智能鋼琴”學習方式的可行性推廣，還需要廣大鋼琴教師與音樂愛好者共同研究開發。運用“智能鋼琴”平臺，改善傳統鋼琴課堂枯燥、沉悶的學習氣氛，增加學習興趣，提高學習效率。