試論動態可視化在音樂教學中的應用

鄧紫芯 王芳

[摘?要]可視化是一種使復雜信息能夠容易和快速被人理解的手段，是一種聚焦在信息重要特征的壓縮語言，是可以放大人類感知的圖形化表示手法[1]。動態可視化與靜態可視化相對，具有視覺化、互動性、實時性的特點。本文梳理歸納了動態可視化教學的發展歷程與應用現狀，分析常用的可視化教學軟件，提出使用動態可視化教學的建議。旨在改善目前教學中存在的學生注意力不集中、理論知識難以理解、教學效果不理想等問題，推動教學手段的升級、提高課堂效率、提升學生的音樂素養。

[關鍵詞]動態可視化;音樂教學;教學手段

[中圖分類號]G642.421?[文獻標識碼]A?[文章編號]1007-2233（2022）08-0056-03

[作者簡介]鄧紫芯（1999—?），女，江南大學碩士研究生;王?芳（1974—?），女，江南大學教授。（無錫?214000）

動態可視化手段是可視化的一種，與靜態可視化相對，具有視覺性、互動性、實時性等特征。動態可視化廣泛地應用于計算機領域，但應用于音樂教育領域甚少。音樂教育實習時，在課堂教學的研究和實踐中產生的諸多問題促使筆者對動態可視化教學手段的應用產生濃厚的興趣。

一、動態可視化教學的緣起與應用現狀

（一）溯源與發展

可視化作為專業術語最早由B.H.McCormick[2]提出，可視化的種類一般分為數據可視化、信息可視化、知識可視化三種。Chen Min等學者[3]討論了三種可視化類型的聯系及相互轉化程序等。可視化教學應用非常廣泛，從國外現有研究來看，其應用領域涉及機器[4]與科學[5]的教學、自主學習[6]的學習方式等方面。關于音樂可視化的研究很少，以Music visualization[7]這篇會議文章為主，其主要研究聽者對于曲調速度的感受，用圖片這一靜態可視化的形式表示。而關于音樂教學可視化的文章，國外目前還未查詢到。由此可見，國外對于可視化的研究起始于1988年，逐漸呈現系統化、體系化的發展趨勢，學科跨度較大，但關于音樂可視化的研究較少。

在國外研究的基礎上，吳少巖等學者的《科學計算可視化》[8]和黃朝暉等學者《數據可視化技術及現狀》[9]兩篇文章，是國內最早關于可視化的研究。關于音樂可視化方面的研究國內較國外更具體，自1997年李霞等人在青島大學學報發表《關于音樂可視化的研究——聲音格式到音樂格式的轉換》[10]一文后，音樂可視化相關的研究層出不窮。梁曉晶提出音樂信息可視化，包括樂譜、物理震動、聲光類交互系統、影像、統計圖及數學模型等形式，并分別進行了案例研究。該文章從音樂信息可視化的性質以及與其它學科交叉的角度，為音樂研究、音樂教學提供了新的視角，證實了音樂信息可視化的可行性。[11]袁野將可視化技術運用于音樂課堂。在文中作者系統地論述了靜態可視化的發展歷程，分析了視覺能夠對聽覺起到輔助作用的原理，并根據音樂與新媒體技術相結合的方式及其應用場景分類，提出了音樂與動畫、音樂聲音的實時可視化、音樂游戲和虛擬現實中的可視化等動態方式。[12]陳炎秋將可視化應用于小學音樂課堂，文中她主要關注圖示、圖像等靜態可視化教學，并結合教學案例，提出可視化教學有助于提升教師的教學能力、激發學生學習興趣、加強師生交流等結論。[13]

綜上所述，關于可視化的研究起始于20世紀末，靜態可視化已被廣泛運用于教學領域。但在音樂教學領域尚未引起足夠的關注，尤其是動態可視化教學。

（二）概念定義

Visualization in scientific computing中首次將可視化的作為專業術語提出，其中可視化的定義是：“The science of visualization can be defined by the accompanying taxonomy diagram. Images and signals may be captured from cameras or sensors， transformed by image processing， and presented pictorially on hard or soft copy output.”[14]其中文含義為：“可視化科學可以通過附帶的分類圖來定義。圖像和信號可以從攝像機或傳感器中捕獲，通過圖像處理進行轉換，并以圖形形式呈現在硬拷貝或軟拷貝輸出上。”目前，對可視化的一般定義為：可視化是一種使復雜信息能夠容易和快速被人理解的手段，是一種聚焦在信息重要特征的壓縮語言，是可以放大人類感知的圖形化表示手法。[15]現在可視化已不再局限于計算機領域，被廣泛地應用于我們的生活中，例如：縱橫交替的街道由地圖來展現;音樂的音高和節奏由樂譜來記錄;復雜的知識點由思維導圖來梳理……

動態可視化是可視化的一種表現形式，與靜態可視化相對，表示可視化的圖像會隨時間而改變，呈現視覺化、互動性、實時性的特點，例如：在電影院里，電影開始前的文明宣傳短片，告知觀眾電影院中的不文明行為;在溫度計上，水銀的高度會隨著溫度的變化而變化，其表達的主要信息就是溫度的變化;在手機的錄音機軟件中，可以根據人聲的變化，實時生成頻率圖像，放大人們對聲音頻率的感知……由此可見，動態可視化能夠達到吸引觀眾注意力、容易被人接受、生動準確傳遞信息、實時反饋變化的效果。

（三）應用現狀

可視化在教育中的應用很廣泛，在物理學科中，李文穎運用繪制歸納圖、構建學習情境等可視化教學手段將難以理解的知識和隱性思維形象具體化，學生通過“畫”題而非“做”題分析、應用知識，從而學會思考、解決難題[16];在英語學科中，以曾燕燕的研究為代表，利用思維導圖的結構與單詞之間的聯系，設計了五種思維導圖幫助單詞識記，包括：精密圖、輻射圖、等級圖、鏈式圖和圖解式[17];在語文學科中，楊俊珂討論了思維導圖、概念圖，在教學實踐中讓學生自己繪制思維導圖，起到鍛煉發散性思維的作用[18];在音樂學科中，李志宇設計了旋律線、圖形譜、肢體律動、圖片、音樂劇等可視化方式，讓學生直觀地感受音樂，激發學生對旋律和節奏的感知。[19]

綜上所述，可視化廣泛適用于文、理、藝術等學科的教學實踐，證明可視化教學能夠輔助學生對知識點的理解與記憶，并鍛煉了學生的學習能力。但可視化教學起步較晚，且目前主要局限于圖片、思維導圖等靜態可視化的表現形式。

二、動態可視化教學的具體手段

（一）錄音機——實時記錄聲音的頻譜圖

錄音機是記錄聲音的軟件，在記錄聲音的同時會顯示頻譜圖。錄音機收錄了人聲，根據人聲的力度、時值，繪制頻譜圖。在頻譜圖中，橫軸代表時間，縱軸代表音量的大小。人聲的時值越長，其橫軸就越長;聲音力度強，其縱軸就長。隨著人聲與時間的變化，頻譜圖能進行實時記錄與顯示。

錄音機具有實時性，能夠隨時記錄課堂上的聲音，在課堂上使用非常便利。同時，錄音機具有圖像化功能，將看不見摸不著的聲音變成圖像，這樣師生可以根據圖像對聲音進行力度、時值上的分析，便于學生理解教師所講解的各區域作品處理細節，并起到非常好的教學反饋作用。錄音機所顯示的頻譜圖具有直觀性，其縱橫坐標的形式，類似于數學坐標系的圖表形式，學生能夠將音樂課程與數學知識相融會貫通，一目了然。

（二）庫樂隊——豐富多彩的音色庫

庫樂隊是音樂創作軟件，由iOS系統支持。它有非常龐大的聲音資源庫，僅僅一個軟件就可以體驗大部分樂器的音色和風格。節拍音序器是庫樂隊的功能之一，可以對鼓點、碰鈴等樂器的合奏進行設計，甚至加上拍手動作。

庫樂隊豐富的音色可以打破現實中課堂樂器種類有限的壁壘，將傳統與現代、古典與流行甚至是電子音樂帶到音樂課堂，豐富小課堂的樂器種類，新奇的樂器也能吸引學生的注意力。庫樂隊中的節拍音序器，能夠根據教學需求，選擇教材要求的樂器，制作與教學相匹配的音頻作品，從而解決教師不能同時演奏多種樂器的問題，并給學生可重復聆聽、仔細對比的教學示范。

（三）THE ONE鋼琴教室——動態音符的鋼琴游戲

THE ONE鋼琴智能教室，是智能鋼琴教室的領先者，并得到鋼琴家郎朗的支持。在這個智能鋼琴教室中，教師的電鋼琴和電腦作為主導，一個電視顯示屏進行授課，每個學生都配備電鋼琴和電腦。其教學過程分為三個部分，課前準備、演奏和考核。課前準備部分包含：小故事、樂理知識、樂曲示范。演奏部分包括：卡拉演奏、樂曲示范、樂譜演奏、樂譜PK等十個環節。考核部分包含：演奏、樂理、聽力。三種演奏鋼琴的畫面：第一種是卡拉演奏模塊，屏幕顯示單個的音符和鋼琴鍵盤，音符以花朵的形式落下，達到指定位置，便進行演奏，鋼琴鍵盤會根據演奏正誤分別顯示綠色或紅色;第二種是樂譜演奏模塊，屏幕顯示單行譜面和鋼琴鍵盤，譜面根據旋律發展移動，當音符移動到藍色光線的地方時便演奏，譜面和鋼琴鍵盤會根據演奏情況進行相應的變色;第三種是考核演奏模塊，屏幕完全展示鋼琴譜，根據旋律發展移動藍色光線。

THE ONE鋼琴教室的三種演奏形式，都運用了動態可視化教學手段，將音符變成花朵、將節拍變成藍色光線、樂譜根據所演奏旋律進行片段化的展示，這些都使鋼琴教學不再抽象，學生彈鋼琴就如玩游戲一般簡單。該課程的PK環節能有效激發學生的好勝心，其演奏速度有慢、中、快的循序漸進，同時兼顧了競爭性和科學性。學生在一遍遍的演奏中不知疲倦，又因競爭而做好每一次演奏，在不斷地反復和增加難度中熟練、踏實地掌握鋼琴曲的演奏。

（四）動畫——音樂化的劇情發展

動畫的形象設計具有條理化、秩序化的特點，易于被學生識別和接受，便于形成概念與記憶。優秀的動畫公司為適齡學生帶來了各式各樣的動畫角色和劇情，能夠滿足不同年齡段學生的需求，傳播于學生之間并頻繁地被教師運用于教學之中。動畫作為優秀的視覺形式，伴隨著大多數學生度過業余時光。一些制作優良的動畫能夠直接運用于音樂課堂，比如《貓和老鼠》里的“貓之協奏曲”片段、《藍色狂想曲》等。動畫中以人物動作、劇情發展等方式表現出音樂的魅力，從視覺上豐富了音樂表現力。因此動畫廣泛地受到學生的喜愛，能夠集中學生的注意力，達到在玩中學的效果。

動畫作為一種現成的動態可視化教學手段已被廣泛應用，除此之外教師還可以運用Flash進行制作符合教材的動畫。Flash是多媒體軟件平臺，一般指Adobe Flash。這是一個二維動畫軟件，用于設計和編輯Flash文檔，在Adobe Flash Player上播放Flash文檔。其素材豐富、可操作性強，一般用于制作動畫，廣泛應用于媒體領域。Flash應用于教學領域，則可以根據教學需要創造個性化的動畫，使動畫與教學要求完全匹配，達到看完動畫即完成教學的效果。

三、動態可視化教學在音樂課堂的使用建議

（一）巧用動態可視化教學手段，切忌喧賓奪主

使用動態可視化教學手段的時機很重要，音樂過于抽象，學生無法理解知識點時，動態可視化教學手段能夠起到以視覺輔助聽覺，達到直觀的效果，從而提高教學效率。動態可視化教學手段可以用于課堂導入環節和拓展延伸環節，它們分別處于整堂課程的初期與末期，初期時學生未完全集中精力于教學活動中，用動畫視頻吸引學生的注意力，末期時用視頻鞏固課堂知識或了解同類型的音樂作品。動態可視化教學打破了課堂內樂器有限的壁壘，在感受樂器音色、不同音樂流派、地域風格的時候，運用庫樂隊能起到實時與交互效果。

在音樂課堂中，動態可視化教學手段不能成為主要教學手段。音樂是聽覺的藝術，音樂教學以聆聽、演唱、演奏等形式為主要教學手段，也是音樂審美的重要形式。如果學生在課堂上過多看視頻、依賴應用軟件，忽視音樂本身，則是本末倒置。

（二）建立動態可視化教學數據庫，豐富教學資源

音樂教學中會運用很多教學視頻資源，通過收集高質量、符合學情的教學資源，建立動態可視化教學手段的數據庫，豐富課堂教學資源。建立數據庫需要注意切合教學內容，以教材中的音樂作品為依據，提高實用性;符合學生年齡，音樂教學的對象范圍從幼兒園至高校甚至社會，年齡跨越大，不同年齡段的學生對音樂的偏好、理解能力差異大;及時更新庫內資源，網絡時代信息傳播迅速、動態可視化軟件層出不窮、音樂人才創作質量高，數據庫內資源在保留經典作品的同時，要增強時代性，起到實時傳播優質作品的作用。

（三）研發設計動態可視化動畫，形成教研特色

網絡上的視頻絕大多數是根據作者個人興趣和時事熱點進行創作，完全切合音樂課堂教學的動態可視化內容較少。若每個音樂教師要依照教學內容設計并制作視頻，需要考慮學生的學情與年齡階段、了解并掌握最新的音樂知識、練習操作Flash等視頻制作軟件。這會消耗教師大量精力去學習、設計與制作，而更少關注音樂本身的教學。筆者建議，可以將研發動態可視化動畫作為教研組的任務或課題，教師之間進行分工合作，整體把握學生認知發展程度、教材內涵、音樂發展前沿等，能夠熟練操作信息技術手段的教師進行制作，再將最后的成品分發給教該課程的教師，作為課堂教學的一部分。該流程可增強動態可視化動畫的科學性與普適性，推廣并普及動態可視化教學，提高教研組的科研能力，塑造音樂學科特色。

可視化教學已廣泛應用于各個學科，其教學手段多為靜態可視化。動態可視化是可視化的一種，與靜態可視化相對。而動態可視化的應用可以解決學生注意力不集中、理論知識難以理解、課堂效率低等問題，達到集中注意力、準確傳達信息、實時反饋等效果。錄音機、庫樂隊、THE ONE鋼琴教室、動畫等是四種常見的動態可視化手段，根據其特點和優勢可以適當地運用于音樂課堂。將信息技術運用于教學是未來趨勢，動態可視化作為一種新穎的教學手段，在使用時需要注意動態可視化教學手段的實際，切忌喧賓奪主。建立動態可視化教學數據庫，以高質量、切合教學內容、符合學情的優勢，豐富教學資源。研發設計動態可視化動畫，將動態可視化教學作為教研項目，形成音樂教研特色。

注釋：

[1]洪文學，王金甲.可視化和可視化分析學[J].燕山大學學報，2010（02）：95—99，105.

[2]B. H. McCormick. Visualization in scientific computing[J]. ACM SIGBIO Newsletter，1988，10（1）.

[3]Chen Min，Ebert David，Hagen Hans，Laramee Robert S，van Liere Robert，Ma Kwan-Liu，Ribarsky William，Scheuermann Gerik，Silver Deborah. Data， information， and knowledge in visualization.[J].IEEE computer graphics and applications，2009，29（1）.

[4]Matt Humphrey，Sally Jo Cunningham，Ian H. Witten. Knowledge Visualization Techniques for Machine Learning[J].Intelligent Data Analysis，1998，2（4）.

[5]Jesper W. Schneider. Mapping scientific frontiers： The quest for knowledge visualization[J]. Journal of the American Society for Information Science and Technology，2004，55（4）.

[6]Knowledge Visualization for Self-Regulated Learning[J]. Journal of Educational Technology & Society，2011，14（3）.

[7]Anastasia Gumulia，BartBomiej Puzon，Naoko Kosugi. Music visualization[P].Multimedia，2011.

[8]吳少巖，李曉梅，吳健安.科學計算可視化[J].計算機工程與科學，1993（02）：32—38.

[9]黃朝暉，李曉梅.數據可視化技術及現狀[J].計算機工程與科學，1993（02）：39—43.

[10]李?霞，劉?征，劉遵仁，邵峰晶.關于音樂可視化的研究——聲音格式到音樂格式的轉換[J].青島大學學報（自然科學版），1997（04）：68—72.

[11]梁曉晶.音樂信息可視化研究[D].中國音樂學院，2019.

[12]袁?野.音樂的動態可視手段在新媒體音樂教學中的應用[D].中國音樂學院，2017.

[13]陳炎秋.小學音樂“可視化”教學研究與實踐[D].河北師范大學，2020.

[14]B. H. McCormick. Visualization in scientific computing[J]. ACM SIGBIO Newsletter，1988，10（1）.

[15]洪文學，王金甲.可視化和可視化分析學[J].燕山大學報，2010（02）：95—99，105.

[16]李文穎.運用可視化教學突破初中物理教學難點的實踐研究[D].內蒙古師范大學，2016.

[17]曾燕燕.運用思維導圖促進英語單詞識記的應用研究[D].上海師范大學，2008.

[18]楊俊珂.知識可視化在小學語文教學中的應用研究[D].江蘇師范大學，2012.

[19]李志宇.“可視化音樂教學方式”在小學課堂中的應用與研究[D].華中師范大學，2019.

（責任編輯：韓瑩瑩）