制作個性化鍵盤樂器

設計依據

在STEM教育校本課程的開發過程中，筆者將Scratch類的圖形化編程軟件與可編程硬件相結合（具體平臺為mBlock的mBot套件和mBlock軟件），把傳感器等硬件設備引入課堂，讓學生親身感受軟件與硬件的結合，體驗使用程序控制硬件的過程。課程設計時把各學科知識、生活知識與案例相結合，由淺入深，通過完成一系列有趣的制作項目，使學生掌握軟件和硬件相結合進行互動設計來解決各類問題的方法，從而激發學習興趣，學會觀察生活、主動思考，進而原創性地發現問題，綜合運用所學知識解決問題。

課例特色

本實踐活動中，學生通過手工繪制琴鍵、加裝mBot主控板和超聲波傳感器、編制軟件程序等幾個步驟來完成小組任務，從而創造出個性化的電子鍵盤樂器。該實踐活動面向具有Scratch編程基礎的中、高年級小學生，以STEM理念為指導，旨在讓學生綜合運用數學、音樂、技術等多學科的知識與技能，實現個性化的創意制作。

制作過程中以小組自主合作為主，教師只提供關鍵技術支撐，因此極大地激發了學生的創造力，有效地提升了學生的動手操作能力、綜合運用知識解決實際問題的能力。

內容呈現

一、激趣引入

玩耳力大考驗游戲：教師在課前利用自制的鍵盤樂器模擬鋼琴、小號、口琴等不同樂器的音色演奏樂曲，并把聲音錄制下來。一上課教師利用多媒體再現優美旋律，讓學生傾聽和欣賞，然后請學生根據自己的感知，猜一猜這些不同音色的旋律分別是由哪種類型的樂器演奏的。

學生說出自己的猜想后，教師出示制作好的樂器，告訴學生所有不同音色的樂曲都是由這個自制樂器演奏的，在學生質疑的眼神中，教師用樂器現場演奏。這時學生迫切想擁有這樣的一個神奇樂器親自試玩一下，教師適時提出本節課的主題“制作個性化鍵盤樂器”。

二、分析設計

學生觀察自制樂器的外觀，觀看教師的演奏過程，討論想要制作出這樣的樂器需要解決哪些問題。

學生小組討論交流后，教師歸納出如下問題：1.制作樂器所需的部件有哪些？2.樂器是如何發出聲音的？3.當把手按在不同的琴鍵上時，怎樣發出不同音符的聲音？4.怎樣使樂器演奏出不同的音色？

前兩個問題，學生通過觀察得出結論，需要的部件有紙張、mBot主控板、超聲波傳感器、木板、連接線。樂器的聲音實際上是由連接mBot主控板的電腦音箱播放出來的。第三個問題，教師引導學生思考超聲波傳感器在演奏中起的作用，使學生明白，演奏不同音符時，手和超聲波傳感器之間的距離是不同的，mBlock軟件中根據超聲波傳感器返回的數值來確定發出的是哪個音符的聲音。第四個問題，在mBlock軟件的音樂模塊指令中設置一下演奏樂器的類型即可。

解決了以上4個問題，學生以小組為單位進行整體設計，討論繪制鍵盤的大小、各部件的安裝位置，軟件編程的思路，并形成簡單文檔。（如圖1）

三、實踐制作

1.硬件制作

為了使學生正確繪制出琴鍵，開始之前，教師用PPT展示出鋼琴鍵盤圖片，講解鋼琴鍵盤、音階的相關知識。然后學生小組合作，先用記號筆在紙上繪制出琴鍵，再根據本組的設計方案將琴鍵、主控板、超聲波傳感器固定在底板上，最后將超聲波傳感器、主控板和電腦用連接線連接起來，完成硬件部分的制作。（如圖2）

教師巡視制作情況，提醒學生相關的注意點。比如：怎樣安裝簡便，怎樣使樂器彈奏的時候更方便，怎樣使樂器看起來美觀，等等。

2.程序編寫

打開mBlock軟件，教師引導學生觀察當手放在琴鍵C上時，超聲波傳感器返回的數值范圍，使學生明白程序做的事情就是不斷檢測超聲波傳感器返回的數值，當數值在這個范圍時，讓電腦發出演奏音符C的聲音。根據這個原理，師生共同完成音符C的發聲程序。（如圖3）在此基礎上讓學生舉一反三，通過小組合作完成其他所有琴鍵的發聲程序。（如圖4）

3.調試改進

讓學生運行程序，測試每個琴鍵在彈奏時是否能正常發聲。如果樂器不能正常演奏，小組合作查找原因，并改正。如果樂器能夠正常演奏，請學生思考，程序有什么可以改進和優化的地方。

學生在制作完成以后，容易出現演奏時樂器不發聲和亂發聲的情況。這時教師引導學生按照從硬件到軟件再到使用操作的順序排查原因。一般不發聲的原因是mBlock軟件沒有連接主控板或者電腦音量沒調好，而亂發聲是因為程序中該音符的超聲波數值范圍輸入有誤。

四、展示分享

每個小組依次上臺，展示琴的外觀、程序代碼，解說本組設計的想法，并用自制樂器表演一個簡單曲目，比如《小星星》《歡樂頌》等。展示過程中解說、操作、演奏由同一小組的學生分工負責。展示完畢，其他組的同學進行評價，教師進行點評。

課后由音樂教師負責用學生自制的樂器排練一個樂器合奏節目，在學校的活動上進行表演。

五、活動總結

教師簡要回顧本次制作活動的過程，請學生說一說收獲和感受，引導學生明確制作方法和步驟，總結制作過程中使用到的技術、學科知識、注意點，體會團隊合作的意義。通過總結使學生明白創意制作的方法和一般過程，為學生以后自行制作作品、實現自己的創意打下良好基礎。

拓展提升

自制鍵盤樂器項目很好地激發了學生的興趣，啟發了學生的創意。教師可以讓學生在此項目基礎上繼續深入研究，比如：我們還可以用哪些學過的其他傳感器，來增強我們自制樂器的功能？如果要使制作的樂器不連接電腦也能演奏，該如何設計制作我們的樂器？也可以啟發學生的發散思維：超聲波傳感器還可以制作哪些應用？你能用學過的傳感器知識設計一個應用來解決生活中碰到的一些問題嗎？

實踐反思

在本課例中，教師通過提出主題、分析設計、實踐操作、展示分享、經驗總結等教學流程，引導學生從興趣出發，綜合運用音樂、數學、信息技術等學科的知識完成創意作品的設計制作，促進學生更深刻地理解各學科知識。小組合作從設計到實踐再到交流分享的過程讓學生們了解團隊合作解決問題的方式，也給了學生發揮創造力的空間，培養了學生的團隊精神、表達能力、社交能力、解決問題能力等。這樣的教學流程也為學校開展STEM教育課程提供了一種可參考的教學模式。

教學點評

本項目根據小學生的年齡特點，以“制作樂器”為導向，從興趣出發，讓學生對身邊的事物進行觀察和探索，對它們的工作原理進行思考，進而引導學生綜合運用數學、信息技術、音樂等多學科知識進行設計和制作。整個過程注重團隊合作、展示分享、評價交流，著眼于學生的動手能力、創新精神、分享意識的提升。本節課構建了具有知識性、實證性、趣味性、綜合性、體驗性、設計性等特色的拓展性STEM校本課程內容。（點評人：孫偉，中學高級教師，江蘇省南通市教育科學研究院信息技術研究室主任）