鋼琴智能教育的產(chǎn)品設(shè)計研究

摘要：基于人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，AIOT技術(shù)成了智能教育行業(yè)的一大發(fā)展助力。藝術(shù)教育是智能教育發(fā)展中的一環(huán)，人們往往將鋼琴當作啟蒙教育的首選樂器。以AIOT技術(shù)為基礎(chǔ)，以鋼琴學習智能化設(shè)備為載體，將AIOT技術(shù)與5G技術(shù)、電子信息技術(shù)相融合，設(shè)計出一款新形式的鋼琴智能教輔產(chǎn)品，提升鋼琴智能教輔設(shè)備的智能性和系統(tǒng)性，進一步增強人機協(xié)作和鋼琴演奏的能力。

關(guān)鍵詞：人工智能；產(chǎn)品設(shè)計；AIOT技術(shù)；鋼琴教育教育模式隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)移動設(shè)備的普及而發(fā)生改變。智能教育是現(xiàn)階段教育發(fā)展的重點研究方向，教育部從2017年至2019年先后將“智能教育”寫入《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《教育信息化2.0行動計劃》，2019年3月教育部在北京召開“智能教育戰(zhàn)略研究”研討會，促進人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)支持下的教育模式變革與重構(gòu)。藝術(shù)教育是智能教育全面化實現(xiàn)的一個環(huán)節(jié)，鋼琴教學方法進行多技術(shù)結(jié)合后相較于傳統(tǒng)教育模式發(fā)生了變化，市場上出現(xiàn)了越來越多的互聯(lián)網(wǎng)+鋼琴輔助的教學產(chǎn)品。智能產(chǎn)品作為未來智能教育的載體和人機交互窗口，為個性化學習和個別化學習的實現(xiàn)提供了技術(shù)保障。通過5G技術(shù)、AIOT技術(shù)、電子信息技術(shù)等多技術(shù)融合將為鋼琴教學帶來新的思維模式和教學方式［1］。

1AIOT技術(shù)在鋼琴教輔產(chǎn)品中的應(yīng)用

AIOT技術(shù)是構(gòu)建一種更高級形式的智能化生態(tài)體系，以5G技術(shù)為基礎(chǔ)將AI（人工智能技術(shù)）和IOT（物聯(lián)網(wǎng)）連接起來，成為高寬帶、大連接、低延時的一個通道，AIOT技術(shù)在實際應(yīng)用中的落地將AI技術(shù)和IOT技術(shù)融合把IOT提升到人工智能層次，智能化教育是人工智能技術(shù)應(yīng)用的一種，AIOT可以通過AI和IOT技術(shù)的連接把數(shù)據(jù)、連接、用戶、流程、可視化等應(yīng)用加入智能教育當中。通過人工智能產(chǎn)品與AIOT技術(shù)結(jié)合創(chuàng)造出更全面、更具有智能化的教育模式，利用AIOT技術(shù)讓用戶、教育方式、教學者之間的聯(lián)系更緊密，通過AIOT技術(shù)實現(xiàn)萬物數(shù)據(jù)化、萬物智聯(lián)化［2］。

AIOT技術(shù)系統(tǒng)性智能模型。以AIOT技術(shù)為樞紐利用智能化建立一個多元化相互融合的模式，鋼琴教輔產(chǎn)品可以通過AIOT技術(shù)賦能將該技術(shù)運用到產(chǎn)品上讓產(chǎn)品變得更加智能化。學習空間呈現(xiàn)出物理空間、社會空間和信息空間三元世界的完美融合，加速走向人機結(jié)合的智能樣態(tài)。基于技術(shù)的創(chuàng)新教育既能適應(yīng)學習者的學習風格和學習能力，也能為學習者的終身學習和發(fā)展提供支持。

智能產(chǎn)品的智能化系統(tǒng)借助電子信息技術(shù)、AIOT技術(shù)等可以實現(xiàn)大規(guī)模的個性化學習，采集不同學習者在不同環(huán)境下的學習狀態(tài)和學習程度的數(shù)據(jù)，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)進行精確地診斷做出相適應(yīng)的教學干預，從而全面提升學習者的專業(yè)能力。學習者通過使用智能產(chǎn)品相對應(yīng)的功能可以為學習者提供個性化學習相應(yīng)的技術(shù)支持，AIOT技術(shù)從智能化產(chǎn)品終端中收集相應(yīng)的學習數(shù)據(jù)形成一個AIOT為基礎(chǔ)的智能教育生態(tài)體系將智能產(chǎn)品、用戶、教學者3者相互粘合形成一個智能教育模型，如圖1。

2設(shè)計應(yīng)用實例

2.1方案設(shè)計

依據(jù)上述智能教育模型對鋼琴智能輔助學習提出設(shè)計方案，隨著我國信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能手機、移動終端等成為人們?nèi)粘＝邮招畔⒌闹饕绞剑虼嗽诋a(chǎn)品設(shè)計過程中考慮其便攜性，因此該設(shè)計方案主要以“智能設(shè)備+APP”相互聯(lián)動實現(xiàn)，APP主要為用戶提供信息可視化和信息接收，方案如圖2。使用者通過搭載AIOT技術(shù)的智能設(shè)備和APP進行學習、練習和系統(tǒng)進行交互，其在練習時所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會被收集在終端進行分析。每一位的用戶具有不同的學習背景，在初次使用時系統(tǒng)會對使用者進行初次數(shù)據(jù)采集，采集模式主要以測試為主。使用者初次使用時系統(tǒng)會自動與使用者進行交互提問，其含有樂理知識、學習程度、曲譜識別等功能。具有一定學習背景的使用者系統(tǒng)會使用現(xiàn)在鋼琴考級所使用的體系進行相對應(yīng)難度測評，通過測評對使用者提出練習難度建議。對于沒有學習背景的使用者系統(tǒng)會根據(jù)默認模式從最簡單的理論知識和曲目進行引導式的學習和練習。

系統(tǒng)會對每一位用戶在學習的相對應(yīng)階段進行智能干預。系統(tǒng)將理論知識和曲譜彈奏練習結(jié)合避免出現(xiàn)只會彈奏而缺乏理論知識的情況。用戶通過不斷的學習和練習可以進行相應(yīng)的自測，使用者在自測通過后開啟下一階段的難度練習。分階段分難度式的方法可以更合理的幫助用戶學習，同時也可避免出現(xiàn)學習時跨難度的混亂現(xiàn)象。5G技術(shù)也搭載在設(shè)備中，根據(jù)5G技術(shù)的特點系統(tǒng)能快速采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采集使用者數(shù)據(jù)后在終端會根據(jù)用戶的行為習慣、練習時對某一個曲練習的熟練程度、練習時出現(xiàn)錯誤的次數(shù)、使用者所掌握的樂理知識、使用者的識別曲譜能力等各項在學習和練習時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行實時的分析和判斷。

對未來的預測，也是大數(shù)據(jù)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，智能系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)可提前對使用者提出相對應(yīng)的建議并給出可視化數(shù)據(jù)分析結(jié)果，使用者可以根據(jù)系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)結(jié)果情況進行自我調(diào)整，同時會將數(shù)據(jù)結(jié)果反饋給教學者，教學者可以根據(jù)數(shù)據(jù)對使用者進行更具針對性的教學［3］。

該方案能夠智能調(diào)節(jié)使用者學習狀態(tài)，及時反饋使用者的學習情況，能夠讓使用者快速提升在鋼琴學習上的各項能力。

2.2智能設(shè)備設(shè)計

智能設(shè)備以輔助練習和進行部分數(shù)據(jù)采集為主，智能設(shè)備以彩色廣角攝像頭、單片機、燈頭以及電路板為核心部件，智能設(shè)備主要有燈光牽引、手勢矯正、學習糾錯等功能。用戶使用時通過藍牙連接智能設(shè)備和APP，使用下載APP的手機或者平板電腦輸入想要練習的歌曲，APP數(shù)據(jù)庫會通過藍牙給單片機里的微型計算機（MCU）信號，MCU給接收信號后將信號進行處理反饋到電路板控制相對應(yīng)的燈光亮滅，燈在相對應(yīng)鍵盤上投射出燈光達到牽引的效果輔助用戶練習［4］。設(shè)備輔助練習運行原理，如圖3。智能設(shè)備搭載的彩色攝像頭有3個作用：（1） 使用者在不同場景鋼琴初次使用設(shè)備時，通過設(shè)備對鋼琴琴鍵進行識別校對確保牽引燈光能夠照射在相應(yīng)的位置上。（2） 彩色攝像頭可以在多種環(huán)境中使用。（3） 彩色攝像頭可以在用戶使用時對用戶的練習姿勢、根據(jù)燈光牽引用按壓琴鍵位置進行捕捉和判斷達到學習糾錯的效果。

設(shè)備外觀通過不同形狀設(shè)計對比試驗后采用圓形設(shè)計，圓形的周長弧度可以更好地搭載相對應(yīng)數(shù)量的燈頭并且周長對應(yīng)的不同的角度投射出的燈光可以跟琴鍵的位置更加的貼合。光效作為一種展現(xiàn)產(chǎn)品狀態(tài)信息的視覺表現(xiàn)手法被廣泛運用。設(shè)備以燈光牽引為輔助練習的主要方式在設(shè)計時將燈光的顏色納入設(shè)計考慮范圍。動態(tài)的光效能引起高層次的社交與情感反饋。設(shè)備在設(shè)計時通過對光效進行對比后采用視覺沖擊強烈易于辨別的藍色和紅色兩種顏色，如圖4。由于產(chǎn)品的狀態(tài)被定義由特定的可識別的配置和特征組成的產(chǎn)品狀況屬性，因此設(shè)備使用藍色的作為投射牽引燈光，使用紅色作為錯誤提示燈光。方便用戶在練習時能清晰觀察到練習的對錯，同時也方便攝像頭進行畫面捕捉。設(shè)備設(shè)計時考慮到每一位使用者的反應(yīng)速度和對曲目的熟練程度不同，用戶可根據(jù)自身情況通過定時器效果對燈光投射時間進行控制。

2.3APP方案設(shè)計

APP的方案設(shè)計主要圍繞功能架構(gòu)進行。曲庫板塊：收入大量曲目包含考級所需內(nèi)容、經(jīng)典的古典樂曲目和現(xiàn)在流行樂曲目。所有類別曲譜以現(xiàn)有的考級體系進行難度分類。使用者需根據(jù)自身階段的難度進行學習和練習，只有用戶達到相對應(yīng)的階段通過系統(tǒng)測試才能解鎖下一階段的曲目。課程板塊內(nèi)容如下：為使用者提供線上老師教學、理論知識教學、曲譜識別等內(nèi)容。課程內(nèi)容為用戶提供鋼琴專業(yè)知識內(nèi)容教學。工具板塊：含有節(jié)拍器、和弦和聲等內(nèi)容。工具板塊為用戶提供樂器演奏的節(jié)奏感練習。社區(qū)板塊：為用戶搭建交流平臺，用戶可分享演奏視頻、在線交流學習感受等。排位板塊：為用戶提供線上排名，不同段位的用戶進行演奏比賽進行各段位各地區(qū)的排名，通過比賽的形式激發(fā)用戶的學習興趣。個人板塊：用戶可以通過個人板塊實時查看自己的練習和學習的數(shù)據(jù)反饋情況等，可以讓用戶及時做出相應(yīng)的調(diào)整。良好的反饋設(shè)計可以讓用戶更好地了解到操作的結(jié)果與程序當前的狀態(tài)，減輕用戶等待過程中的焦慮，因此APP在登錄前的加載頁面設(shè)計開機動畫減少使用者的等待焦慮。APP功能更加完善后，可以讓學習變得更趣味化［5］。

3結(jié)論

萬物互聯(lián)時代的到來，智能產(chǎn)品會發(fā)展得越來越成熟。以搭載AIOT技術(shù)的智能教輔產(chǎn)品為基礎(chǔ)建立智能教育生態(tài)體系，使得鋼琴學習更具系統(tǒng)性。使用者通過鋼琴教輔設(shè)備在人工智能的干預下循序漸進地學習，為教學賦能。該設(shè)備可以讓學生和老師之間的聯(lián)系更加緊密。使用者能夠在該智能設(shè)備上精準掌握自身的學習動態(tài)、快速分析學習時產(chǎn)生的問題、及時進行學習修正。此設(shè)備能幫助使用者數(shù)據(jù)化地管理學習資料。就目前而言，這款設(shè)備在應(yīng)用過程中還會存在一些問題，對其使用需合理有效的管理：（1） 此設(shè)備只能作為輔助方式為使用者帶來便捷的學習方式，不能完全依賴于它進行教育。人工智能盡管會深度學習，具有人所不能達到的知識儲備能力、數(shù)據(jù)分析運算能力，但教學者始終具有對學習者情感判斷、情緒排解等能力的不可替代性。（2） 它在智能教學過程中會產(chǎn)生用戶的大量數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)的保密性需要嚴謹對待防止數(shù)據(jù)泄漏對使用者造成傷害。（3） 此設(shè)備還可以進一步的提升。

參考文獻：

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［5］任英麗，常虹，谷巖帥.基于聯(lián)合分析法的非遺文化APP界面設(shè)計［J］.包裝工程，2022，43（6）：150156.DOI：10.19554/j.cnki.10013563.2022.06.020.

作者簡介：應(yīng)云彪，男，浙江臨海人，碩士在讀，主要研究方向：藝術(shù)設(shè)計。