跳動(dòng)的音符

設(shè)計(jì)依據(jù)

蘇霍姆林斯基提倡“做中學(xué)，玩中學(xué)，生活中學(xué)”，創(chuàng)客教育正是與之契合的一種教育方式，倡導(dǎo)造物，鼓勵(lì)分享，培養(yǎng)學(xué)生多學(xué)科解決問(wèn)題的能力。本項(xiàng)目希望從了解樂(lè)器的發(fā)聲原理出發(fā)，利用傳感器制作樂(lè)器，讓學(xué)生在研究制作的過(guò)程中，發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，感受人工智能帶來(lái)的樂(lè)趣。

課例特色

本項(xiàng)目經(jīng)歷探究樂(lè)理—外形設(shè)計(jì)—硬件搭建—程序調(diào)試—作品發(fā)布的過(guò)程，制作出各種外形獨(dú)具特色的樂(lè)器（如圖1）。設(shè)計(jì)中運(yùn)用了美術(shù)、音樂(lè)、數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，利用Makeblock主控、超聲波傳感器等實(shí)現(xiàn)樂(lè)器的制作，是創(chuàng)客教育的典型案例，深入體現(xiàn)了STEAM教育理念，訓(xùn)練了學(xué)生的算法思維，豐富和提高了其想象力和創(chuàng)造力，培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

內(nèi)容呈現(xiàn)

一、創(chuàng)意來(lái)源

一曲《春江花月夜》簫聲悠揚(yáng)，讓學(xué)生感受到樂(lè)曲的魅力，引發(fā)對(duì)樂(lè)器原理的探究。俗話說(shuō)“五年笛子十年簫”，我們能不能自己制作出樂(lè)器來(lái)演奏樂(lè)曲呢？以此激發(fā)出學(xué)生自制樂(lè)器的興趣和動(dòng)力。

教師提示學(xué)生，可以利用Makeblock主控和不同的傳感器結(jié)合程序編制，制作出個(gè)性化的樂(lè)器，實(shí)現(xiàn)大家的音樂(lè)夢(mèng)，親自感受那跳動(dòng)的音符。

二、框架及特征規(guī)劃

自制樂(lè)器這一項(xiàng)目中，涉及STEAM教育中的S（科學(xué)）、T（技術(shù)）、E（工程）、A（藝術(shù)）、M（數(shù)學(xué)）。整個(gè)項(xiàng)目分為兩大部分：外形設(shè)計(jì)和軟硬件配置。外形設(shè)計(jì)就是學(xué)生利用各種材料自己設(shè)計(jì)出樂(lè)器的外形；軟硬件配置是指如何在外形上巧妙地放置硬件設(shè)備，然后利用編程讓一串串音符跳動(dòng)起來(lái)。

自制樂(lè)器的主要特征：1.外形獨(dú)特具有個(gè)性；2.可以演奏音樂(lè)。

三、項(xiàng)目制作實(shí)踐

1.策劃分工

通過(guò)查閱資料，根據(jù)小組個(gè)人特長(zhǎng)，結(jié)合項(xiàng)目框架，各小組進(jìn)行分工：外形設(shè)計(jì)隊(duì)、電子設(shè)計(jì)隊(duì)、樂(lè)曲展示隊(duì)。外形設(shè)計(jì)隊(duì)負(fù)責(zé)自制樂(lè)器外形和琴鍵設(shè)計(jì)制作；電子設(shè)計(jì)隊(duì)負(fù)責(zé)硬件搭建和程序編制；樂(lè)曲展示隊(duì)負(fù)責(zé)演奏展示。

2.小組準(zhǔn)備

小組內(nèi)各分隊(duì)依據(jù)分工安排，準(zhǔn)備好所需的工具和器材。外形設(shè)計(jì)隊(duì)需要使用KT板制作外形輪廓，使用彩紙和彩筆裝飾外形；電子設(shè)計(jì)隊(duì)需要準(zhǔn)備Makeblock主控、超聲波傳感器和電源；樂(lè)曲展示隊(duì)需要準(zhǔn)備樂(lè)譜。

3.簫的發(fā)聲原理和超聲波傳感器原理剖析

簫是中國(guó)的一種古老樂(lè)器。它其實(shí)是中空的竹子，頂端是吹孔，在吹奏的時(shí)候，簫內(nèi)的空氣柱震動(dòng)，就發(fā)出了聲音。簫的身上有按孔，按孔可以調(diào)節(jié)簫內(nèi)空氣柱的長(zhǎng)短，所以我們?cè)诖岛嵉臅r(shí)候，簫內(nèi)會(huì)形成不同長(zhǎng)短的空氣柱，空氣柱長(zhǎng)短不同，產(chǎn)生的音調(diào)也不同。

超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)（通常是電信號(hào)）的傳感器。超聲波傳感器可以檢測(cè)出與前方障礙物之間的距離。

自制樂(lè)器這一項(xiàng)目就是利用琴鍵距離遠(yuǎn)近的不同來(lái)演奏音樂(lè)。

4.樂(lè)器外形設(shè)計(jì)

這個(gè)環(huán)節(jié)需要美術(shù)教師指導(dǎo)學(xué)生，從而設(shè)計(jì)出獨(dú)特的樂(lè)器外形。教師先讓學(xué)生在網(wǎng)上查找自己喜歡的外形輪廓和圖案，進(jìn)行草稿設(shè)計(jì)。在小組內(nèi)討論定稿后，在KT板上進(jìn)行繪制，然后利用美工刀進(jìn)行裁剪。

外形輪廓設(shè)計(jì)完畢后，與電子設(shè)計(jì)隊(duì)討論決定琴鍵間隔距離，根據(jù)距離設(shè)計(jì)琴鍵，然后美化樂(lè)器外形。

5.實(shí)現(xiàn)樂(lè)器設(shè)計(jì)

（1）理解制作原理

結(jié)合已有知識(shí)基礎(chǔ)，教師指導(dǎo)學(xué)生理解并畫(huà)出硬件系統(tǒng)的原理圖。

通過(guò)理解原理圖，熟悉自制樂(lè)器的硬件系統(tǒng)接線路徑，方便學(xué)生對(duì)照進(jìn)行硬件搭建。

（2）搭建硬件系統(tǒng)

指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)Makeblock主控、超聲波傳感器，了解各個(gè)接口的作用和功能，根據(jù)原理圖和主控器端口的顏色進(jìn)行傳感器連線，依次連接電腦和小音箱。注意提醒學(xué)生看清端口，避免接錯(cuò)損壞硬件（如圖2）。然后將超聲波傳感器、主控器和電源粘到設(shè)計(jì)好的外形KT板上。

（3）編制樂(lè)器程序

①小試牛刀——理解腳本

教師發(fā)送初始程序，小組內(nèi)分析腳本，理解其作用。（如圖3）

學(xué)生討論分析后得出結(jié)論：1.超聲波傳感器的接口要設(shè)置準(zhǔn)確。比如初始程序中，超聲波傳感器的端口接在接口3；如果是超聲波傳感器接在別的接口，就需要改到對(duì)應(yīng)的接口，否則腳本設(shè)置錯(cuò)誤，無(wú)法檢測(cè)距離。2.將超聲波傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行四舍五入，是為了方便在演示窗口觀察。3.為了方便程序引用，設(shè)置了“數(shù)值”這一變量為四舍五入后超聲波傳感器測(cè)到的數(shù)值。4.可以單擊音符后面的選擇框，利用琴鍵選擇對(duì)應(yīng)的音符。5.“拍”前面的輸入框可以輸入節(jié)拍數(shù)值。6.需要根據(jù)自己設(shè)計(jì)的琴鍵設(shè)置“數(shù)值”區(qū)間值彈奏音符“53”（F調(diào)哆）。

②觸類(lèi)旁通——編制音階腳本

通過(guò)搭建“哆”的腳本，學(xué)生修改距離區(qū)間，完成其他6個(gè)音符的腳本搭建。（如圖4）

6.測(cè)試程序調(diào)試樂(lè)器

一個(gè)音階的程序編制完成后，學(xué)生躍躍欲試，這時(shí)教師出示《小星星》簡(jiǎn)譜，讓學(xué)生進(jìn)行練習(xí)。學(xué)生興趣濃厚，并對(duì)腳本中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了修正，真正理解了腳本的含義和搭建的方法。最終，一曲美妙的《小星星》在耳邊響起，這是由學(xué)生利用自己制作的樂(lè)器彈奏出的華麗樂(lè)章。

7.挑戰(zhàn)自我

出示《春江花月夜》樂(lè)譜（如圖5），讓學(xué)生哼唱，觀察前4個(gè)小節(jié)，設(shè)問(wèn)：如果用剛才制作的樂(lè)器彈奏是否能實(shí)現(xiàn)？學(xué)生總結(jié)發(fā)現(xiàn)：（1）樂(lè)譜多出了2個(gè)音符，琴鍵和腳本必須要增加對(duì)應(yīng)的部分。（2）樂(lè)譜中的節(jié)奏不統(tǒng)一，小組內(nèi)演奏無(wú)法完成，可能需要多組合作。

針對(duì)多出的2個(gè)音符，根據(jù)前面琴鍵間隔再畫(huà)出2個(gè)琴鍵，并且添加如下腳本（如圖6）。為了適應(yīng)節(jié)奏的變化，建議小組間多次配合練習(xí)，每組負(fù)責(zé)一個(gè)音符的彈奏，經(jīng)過(guò)幾輪磨合，能將《春江花月夜》初步彈奏出來(lái)。

實(shí)踐反思

自制樂(lè)器項(xiàng)目的開(kāi)展，源自學(xué)生對(duì)音樂(lè)的喜愛(ài)，對(duì)開(kāi)源硬件奧秘的探究，將創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)的動(dòng)力。在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，學(xué)生做中學(xué)，玩中學(xué)，生活中學(xué)，學(xué)習(xí)并運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，體驗(yàn)并實(shí)現(xiàn)了生活中的人工智能設(shè)備。這種項(xiàng)目的開(kāi)展有利于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

拓展提升

1.分析傳感器工作原理，除超聲波傳感器外，還可以使用哪些傳感器實(shí)現(xiàn)自制樂(lè)器的功能？

2.課堂中實(shí)現(xiàn)了琴聲，如何能實(shí)現(xiàn)其他音色，從而可以組建電子樂(lè)隊(duì)？

3.本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了生活中的人工智能，是否還有其他類(lèi)似可開(kāi)展的項(xiàng)目？

教學(xué)點(diǎn)評(píng)

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)方式是目前比較流行的教學(xué)方式之一，本節(jié)課將信息技術(shù)與音樂(lè)緊密地聯(lián)結(jié)在一起，利用數(shù)字化手段，挖掘?qū)W生的美術(shù)天分，運(yùn)用數(shù)學(xué)思想，解決現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題，帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)人工智能，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意。其中程序設(shè)計(jì)教學(xué)利用了可視化編程，注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。整個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)展，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，讓學(xué)生掌握了解決問(wèn)題的過(guò)程和方法，培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)，值得作為信息技術(shù)教育者的我們?nèi)パ芯亢吞剿鳌＃c(diǎn)評(píng)人：鄭明達(dá)，江蘇省南通市海安縣教師發(fā)展中心信息技術(shù)教研員）