“智能钢琴”学习形式在“互联网+”时代的可行性探究

文/ 涂 波、彭烛之

“智能钢琴”作为一种新兴的专门为钢琴学习而打造的乐器，其广阔的市场发展前景已得到重视。其特点是在保持传统钢琴的音乐特性基础上，全面应用现代科技，改造和拓展其产品结构和使用功能，并与现代社会的各种科技成果相结合，更好地服务于现代音乐教育和生活。“智能钢琴”将交互式计算机与钢琴连接，并形成人机互动，计算机领导演奏者弹奏，以屏幕作为呈示窗口，展现乐谱或者音乐相关内容，琴键链接传感器，计算机对演奏的情况进行实时反馈，促进演奏者对钢琴演奏技能的学习。本文将研究智能钢琴为切入点，以增强大众钢琴学习效率为宗旨，探讨大众钢琴学习的创新形式。

“智能钢琴”模块组成

一、学习数据资料库模块

1.“智能钢琴”学习数据资料库技术原理

与钢琴相关的学习资料种类繁多、信息量大，然而还有相当数量的民众对于信息技术运用能力比较欠缺，尤其是中老年群体，因此为“智能钢琴”构建一个学习资源全面、检索方便快捷的资料库显得尤为重要。构建完善的“智能钢琴”学习资料库将有利于用户钢琴学习活动的展开，并且能吸引更多的钢琴爱好者使用，为学习数据资料库的扩大建设形成良好的用户基础。

数据挖掘是一个多学科领域，它融合了数据库技术、机器学习、概率与统计学、信息检索、模式识别等多个学科。当前的常用的数据库查询检索机制很难收集非结构化的信息，比如文字中所带有的情感信息。基于数据挖掘的信息系统建立在“智能钢琴”为基础的服务上，为中老年人搜寻所需要的学习信息带来极大便利。根据用户的各类需求、喜好构建相应模型，在用户寻找资料时分析呈现适合其学习的内容。在基于数据挖掘的信息管理层总体架构中，可以通过基于开源项目Lucene构建的搜索引擎系统，搜索所需学习资料，同时搜索信息被记录；推荐系统通过在资料库中获取到用户的相关信息，给用户自动推荐相关的学习资料等。

2. “智能钢琴”学习数据资料库基本内容

设计“智能钢琴”学习数据资料库，为用户自学钢琴提供资源，在课后辅助钢琴学习，使其在探索中发现音乐世界的乐趣。资料库以传统钢琴教材为基础，建立“音视频、电子乐谱、音乐游戏、文字简介”等多媒体集成化学习资料库。“智能钢琴”学习资料库不仅满足用户日常学习的需要，也为后续资料完善提供理论支持，方便充实学习内容的工作开展。

资料库丰富的资源可供用户自由选择，也可由系统根据用户的爱好进行推送。音乐游戏与动画视频等内容可有效改善枯燥的钢琴学习过程，并且能在音乐游戏中培养乐感与节奏感，从侧面提高学习的效率，让用户更早学会灵活演奏钢琴，体验乐趣。

3.“智能钢琴” 学习数据资料库建设原则

可持续发展原则

“智能钢琴”学习数据资料库的建设是一个漫长且工作量巨大的过程，因此需要明确阶段计划，对各层次、类别、阶段进行准确掌控，统筹规划，由易到难地循序渐进完成。作为建立完善学习环境的资源支撑，它必须具有可拓展性，任何时间、任何用户都能登陆自己的平台上传各类资源，或者更新完善已有资源，管理人员定期对资源进行管理和重新分类。既保证资源的高质量，又使学习数据资料库具有扩充性。

紧扣学习目标原则

学习目标是学习活动的出发点，更是学习过程的基本指南。因此明确的学习目标能为学习数据资料库的建设提供参考，资料库应能有效帮助到用户的学习。因此，在建设学习数据资料库时要参考用户的学习目标定位，为用户提供适宜的学习资料。

开放共享原则

开放是为了避免知识产权与版权的问题，资源应能进行修改和拆分；共享的目的是为了充分发挥学习数据资料库的效益，资料库中由管理者或用户上传的资源供广大用户自由地浏览使用。

二、指导学习模块

对于普通教育系统而言，这种在教学系统上的智能化、多媒体化早在20世纪90 年代就已进入了人们的视野，当然，音乐院校中的诸多课程中也普遍运用到了这些技术，这对于音乐教育在授课方式和效果等方面都起到了很大的改变。大众钢琴的教学同样需要与时俱进，利用信息平台的优势弥补传统钢琴教学与学习过程中的不足。传统的钢琴课程为一对一的教学方法，学生课下再自行练习。对于业余钢琴学习的大众来说，这样的学习方式是非常无趣的，他们更多的是希望能在娱乐中学习，然后用钢琴弹一些自己喜欢的小曲。利用“智能钢琴”的人机交互与师生交互的特点，将为大众钢琴学习带来诸多益处。

建构适合大众学习的指导模块是“智能钢琴”系统的重中之重，“智能钢琴”通过计算机与网络的链接实现人机交互、教师指导，通过两条渠道同时促进钢琴学习活动的实施。

1. 人机交互

“智能钢琴”首先通过显示屏将电子乐谱呈现出，用户可以选择播放音频来熟悉作品的旋律，“智能钢琴”以类似于打谱软件的方式比对乐谱进行播放，方便识谱能力较弱的学习者在音乐前进的过程中浏览全谱，用户还能根据自身习惯调整播放速度。在初步了解整首作品的概况后，用户可选择显示推荐指法，然后进行学习演奏，计算机会根据演奏进度将音高用灯光投射到键盘上，方便识谱慢的学习者找到将要弹奏的琴键。在能较为熟练演奏整首作品后，用户可以选择从资料库中观看示范演奏的视频，以了解作品的演奏风格与音乐表达的情感。最后，用户可选择检验学习成果，“智能钢琴”的琴键链接有传感器，演奏者在弹奏时会产生数码信号，电脑再根据电子乐谱进行比对，从演奏速度、音准及音乐性等多方面进行检验，最后将核查出的问题反馈给演奏者。

人机交互主要为自主学习开展出新的途径。在传统的钢琴学习中，自主学习是难以实施的，学习者必须以良好的音乐基础、全面的艺术素养作为支撑，明确自己的学习方向，制定完善的自学计划，并且能对学习过程中出现的错误进行及时反省与修正。这对于业余学习钢琴的大众来说“步履维艰”，而“智能钢琴”的引导能有效缓解业余学习者音乐素养薄弱的问题。“智能钢琴”的曲谱库将作品按难度级数划分，使演奏者对于学习计划的安排做到心中有数。演奏时，计算机能自动核对演奏的正确性，促进用户熟练演奏，完成作品的基本音乐要素。

2. 教师指导

用电子数码乐器作为网络音乐教育工具，在发达国家已经有应用。现在很多电子数码乐器制造商联合音乐院校，正在大力推广这一教育形式。“智能钢琴”网络教育正是应用了这个平台来推动传统钢琴音乐教育。人机交互主要负责辅导学生完成基本音乐要素，后期的加强依然需要由老师指引。“智能钢琴”利用网络平台改变了传统钢琴教育的面对面、一对一的教学方式在大众钢琴学习中的运用，可使他们做到足不出户。师生交流是以键盘传感器、摄像头、麦克风、音响和屏幕等设备作为技术支撑，教师通过声音、指法和手形等判断学生的演奏水平，并进行远程示范指导。

当用户想学习一首新的作品时，首先在学习资料库中寻找电子乐谱，然后选择播放由计算机演奏的音频，跟随屏幕上的指引浏览全曲，初步了解旋律。在对曲目有一定印象后，用户再从学习资料库中搜索作品背景资料，包括文字讲解和视频、动画等，通过多种形式全面了解作品。接下来通过计算机指引开始学习弹奏，前文已做过讲解，在此不再赘述。计算机的指导完成初步学习后，用户基本能按适当的速度完整弹奏。此步骤都是由用户自行完成，减少了一对一钢琴课的课时，大幅节约了学习成本。后期进一步完善将由教师参与指导，通过摄像头与麦克风将用户的演奏音像传输给指导老师，键盘中的传感器也将用户弹奏的键位实时传输到教师的智能钢琴端，灯光投射到教师的琴键上，随时发现演奏中的错误。教师再通过视频方式教授关于曲目的演奏的知识。钢琴网络课堂可以使用一对一或一对多的指导方式。

三、智能评估模块

智能评估模块旨在通过演奏评分机制使用户了解自己的学习进度，并且根据用户喜好、需求与数据库中建构的用户模型进行比对，为其推荐难度适当的学习内容，为制定后续学习计划提供参考，智能评估模块分为三个部分。

1.初学用户评估

对于初次使用“智能钢琴”的用户，需对其演奏水平、喜好、需求进行评估。有演奏基础的用户可在“智能钢琴”上选择难度级别，然后通过演奏测试，计算机根据演奏速度、准确率、力度掌控进行判断，对其演奏水平进行评分，最后根据现阶段水平进行学习计划制定。没有演奏基础的用户可直接填写调查表，选择喜欢的曲目风格和期望达到的水平，然后再根据用户需求制定学习计划。

2.中期学习评估

中期学习评估旨在对学习情况进行了解，查漏补缺，为后续学习提供数据参考。中期学习评估分为自我评价和外界评价。自我评价以问卷的形式呈现，包括学习满意度、自我评分、对于所学习作品的喜爱度。外界评价将对演奏水平进行评分，首先，由计算机给出分数，评价方式与指导学习模块的人机交互方式一样，对演奏的基本要素进行评分。然后将演奏的音频或视频上传，由专业教师和其他用户进行打分并写评语。最后，计算机根据综合评分和问卷结果制定后续学习计划。

3.学习计划制定

系统通过曲目喜好和演奏水平两个要素制定学习计划。演奏水平由计算机评分和专业教师评分综合而来，根据评分划分演奏水平，达到合格线的用户可在后续学习中加深作品难度，进阶到更高的层级。曲目喜好识别来自两个途径，第一是由用户在调查问卷中选择；第二由以数据挖掘技术作为支撑，在用户日常检索中收集信息，系统比对数据库中的用户模型，为其推荐难度适合的作品和相应的学习资料。

四、艺术实践交流模块

利用“智能钢琴”设备学习的前期过程多为自学形式，辅以教师在线指导，学习成效虽足以满足大众娱乐演奏，但存在“闭门造车”的弊端，因此利用网络技术增加钢琴学习者之间的交流互动，为部分行动困难、足不出户的中老年人提供艺术实践的机会，才能为大众学习钢琴带来乐趣，为综合钢琴演奏水平的提高提供更广泛的渠道。

1.“智能钢琴”交流平台

相对于现有的音乐交流平台，“智能钢琴”有着其独有的优势，钢琴与计算机直接相连，不需要外接其他电子设备，省去了格式转换等复杂过程，方便了不熟悉电子产品和电脑技术的中老年用户。用户可将自己演奏的音频、视频或者文字内容上传至钢琴交流平台，除了自己演奏的音频、视频外，也可分享自己喜欢的音乐作品，以及文字性的学习心得、音乐评论等。其他用户则可进行评论，发表自己的感想，供大家学习参考。

2.钢琴网络直播

网络平台凭借其开放性、实时性、不可篡改性等特征在当今社会广泛流行，越来越多的人参与到直播中，全民直播成了一个趋势。艺术实践对场地、设备、观演群众有着较高要求，但是直播平台的出现便解决了这一难题。将网络直播模式融入“智能钢琴”交流模块中，根据它的特点，能最大限度地模拟与舞台演出相似的环境。“智能钢琴”运用其自带的麦克风和摄像头进行钢琴演奏直播，用户可根据自身安排选择直播时间，其自由性不言而喻。业余爱好者也能在直播中体验表演的乐趣。

3.数字化音乐实验学习系统

大众学习钢琴的内容多为独奏作品，如想对钢琴艺术有更广泛的认识，还需要在浩如烟海的钢琴伴奏、重奏、协奏作品中“刨根问底”。但钢琴重奏、协奏对人力、物力、财力有着较高要求，对于业余爱好者来说难以达到。数字化管弦乐队是采用多媒体技术与“MIDI”打谱软件合成器乐演奏部分，将乐谱中各乐器的音符以音频的形式呈现，形成“计算机乐队”。演奏者在“智能钢琴”上回放乐队音响的同时，能同步进行钢琴部分的演奏训练，并根据音乐表情的需要，运用各种控制器和液晶显示屏及踏板操作，灵活地变化乐队音响的力度和速度，还可按要求自如地对此段音乐做任意地快进、倒转和回放，直到钢琴演奏的训练达到满意为止。用户可以自行选择作品类型，在家中体验合奏的乐趣。数字化管弦乐队在丰富学习形式的同时，有效提高了学习效率。

自主化钢琴学习生态系统

一、学习生态系统基本理论

“生态”本是用来形容生物与自然环境的平衡与发展关系，它是一个具有开放性、相互依赖性、多样性的系统。后来美国教育家劳伦斯·克雷明首次运用生态学原理研究教育活动，以解释教育的发展规律，并提出了“教育生态学”。

随着新的学习理论提出，基于教育生态观念而衍生出学习生态理论。学习生态系统是指由学习共同体及其物理的和虚拟的学习环境构成的自成一体的实体。在当代的教育理念中，“以学生为中心”替代了“以教师为中心”。在此基础上结合外界情景进行意义建构，形成建构主义学习观。学生不再依靠教师的单方面指导，而是由学习者与助学者形成一个学习共同体，在交流互动、资源共享中完成学习任务，以达到相互促进、共同进步。

二、自主化钢琴学习生态系统构成

以建构主义学习作为理论基础，运用多媒体基础、互联网、“智能钢琴”设备构建新型网络远程教育平台，各类型用户划分成学习者与助学者，用户在平台中与网络环境共同形成虚拟钢琴学习社区。

1.学习者

在构建主义学习理论被广为提倡的今天，以“学习者为中心”的观念已得到各层级教育工作者的认可，因此在“钢琴学习生态系统”中，学习者应被列为发展核心。学习者对钢琴艺术的求知欲望，是网络教育技术发展的动机。在虚拟的钢琴学习社区中，学习者之间相互交流，在拓展知识面、加深认识深度的同时，也能提高学习者的自主学习积极性，在反思中探寻真理。

2.助学者

虚拟钢琴学习社区中的助学者主要指专业钢琴指导教师，在一定情况下学习者也能扮演助学者的角色。教师在钢琴学习生态系统中为学生提供必要的指导与评价，为其提供学习建议与解答疑难，促进学习者学习与反思。在建构主义学习理论框架下，教师从“知识提供者”向“学习促进者”进行角色转型。因此助学者应加强与学习者的交流，领导学生对于知识的整合与实践，促使学生在自身经验背景中建构知识体系。

3.信息流

在虚拟钢琴学习社区中，信息流包括结构化知识信息流与互动信息流两类。结构化知识信息流指的是与钢琴学习相关的理论知识信息，包括音乐理论、指导视频、音频和动画等，用于用户自行学习理解。互动信息流是指用户之间的交流信息，其作用是连接各用户，方便他们对于知识的探讨运用，相互评价与指点，促进用户共同进步，共同支持钢琴学习生态系统的运作。

三、自主化钢琴学习生态系统特征

1.开放性

自主化钢琴学习生态系统的技术基础是互联网与“智能钢琴”设备，因此具有较高的开放性。每个用户均在使用过程中完成数据的输入与输出，每个人都是数据库建设的参与者。因此相比较于传统的钢琴学习形式，其具有更高的资源优势，用户在资源共享的同时也方便了自己的信息检索，从侧面加强学生学习的需求与动力。

2.交互性

自主化钢琴学习生态系统中，钢琴学习是人与计算机、人与人之间的交互的过程。计算机为用户提供任务与反馈，用户在计算机的指引下，根据自身的实际情况调节学习行为。人与人的交互目的在于促进用户之间的合作与交流，在虚拟的环境中开展人际交往，有利于增强学习兴趣。在探讨中发生思想的碰撞，提高认知能力与知识深度。

3.高效性

学习活动中充满复杂的信息传递，将信息技术手段融入钢琴学习过程中，可以有效提高学习效率、优化学习成效，弥补传统学习形式的局限。通过对文本资料、音视频、图片及动画等资源的集成化处理，形成多方位的学习情景。调动钢琴学习者的主动性，在积极参与、潜移默化中消化吸收知识。

“智能钢琴”学习实践研究

“智能钢琴”能为大众学习钢琴提供有效的引导作用，下文通过建立一套全方位的实验设计，来验证“智能钢琴”设备在大众钢琴学习中的实用性。“智能钢琴”的学习过程分为三个阶段—自学、一对一同步网络课程和一对一面授课，以六周为一个学习周期，第一至五周为自学课，第三周为钢琴教师同步网络课，第六周为面授课。以王建中先生的《山丹丹花开红艳艳》为学习个案，从第一周到第六周展开相应的学习计划。由浅至深学习该作品内容，每周结合任务完成情况和效果反馈得出数据，最后再检查作品学习情况，从而展现“智能钢琴”学习方式的优势（见下表）。

学习实验设计数据跟踪表

一、学习方法及步骤设置

1.学习目标与重点

针对王建中改编的钢琴曲《山丹丹花开红艳艳》的学习内容，本课程设置了以下三个学习目标：（1）初步掌握陕北民歌的乐曲风格，了解作品写作背景。（2）基本达到准确演奏作品的标准，掌握各音乐演奏的基本要素，包括音准、力度、乐句划分和指法等。（3）将音频、视频、动画和音乐游戏等现代多媒体技术融入中老年钢琴学习中，丰富在钢琴学习中的感官体验，学习多方位的音乐知识，提高学习兴趣。学习重点主要有三项：（1）掌握科学练琴方法，克服技巧难点。（2）对陕北民歌改编的钢琴作品的风格把握。（3）合理使用“智能钢琴”学习数据资料库，运用多媒体资源辅助学习。

2. 自 学

首先通过观看教学视频、文字资料学习作品相关的背景资料，对作品整体情况进行了解。作品是以陕北民歌的旋律为基础，作曲家进行钢琴化再创作而成，用钢琴去模拟陕北民歌的唱腔。然后跟随电子乐谱中的学习指导，进行识谱及慢速分手练习，熟悉指法与手位。对于乐曲中多次手指快速跑动和远距离跳动的演奏技巧，尝试通过快慢穿插的练习方式克服，不能达到演奏要求的部分进行标识，待上网络课时由钢琴教师指导。能双手共同完整演奏后，进行计算机评分，检测音准与节奏问题。然后根据计算机所呈现的数据参数，调整练习方法，将演奏有误的地方挑出来专门练习。

3.同步网络课及面授

教师首先聆听学生完整演奏全曲，并讲解作品中的音乐要素与技巧难点，以及对于困难技巧点的练习方法，最后再讲解作品的音乐性处理方法。乐曲首段的引子部分，长乐句应从慢速进、快速收尾，特别要强调重音记号标识的音符。A段应保持节奏平稳，音乐情绪端庄大方；B段情绪变化较大，应极富有热情，精神饱满充沛地完成演奏；最后主旋律再现时，伴奏织体发生变化，右手的和弦搭配左手的琶音，明确每一乐句的起止，由动作一气呵成地完成一个乐句。

在教师指导后，将要点整合，完整地演奏作品，由教师和计算机共同完成全方位的评价。

二、案例分析

从短短六周的学习过程中，能看出“智能钢琴”学习方式有着一定的可行性。“智能钢琴”的学习方式将自学、网络课和面授结合，学习形式不再单一化。新的学习形式通过信息化技术的大量运用，为钢琴学习添加了多元化的内容，相比传统的单纯面授教学，学习者的感官体验更加丰富，学习内容更容易被接受。通过计算机与专业教师共同参与评价，学习成果更加客观与直观，给业余钢琴学习者带来成就感，为坚持钢琴学习与后续学习计划制定打下了坚实的基础。

三、实施效果总结

“智能钢琴”能否进行推广，还需要广大的钢琴爱好者在此学习形式中不断实践探索，逐渐对内容进行更新。运用“智能钢琴”平台，检索丰富的与音乐相关的资料，更加方便、快捷地收集音频、视频及图片等资源，与教师的讲解相结合，全方位扩大知识面。利用互联网交流平台，结合新兴的网络直播形式，与其他用户分享学习成果与经验，相互提供参考建议，改善钢琴学习过程中的枯燥，活跃学习气氛，激发对艺术世界更深层次内容的兴趣。在计算机与教师的共同评估中，制定完善的、目标明确的学习计划，提高学习效率。

结 语

互联网技术的高速发展使得学习环境发生了重大转变，学习的自由度随之提高，线上与线下学习同步展开，学习场所的固定已被打破。各层次的音乐教育都在进行探索式地改革，结合现代科技推进教育改革已成为大的趋势，通过信息化学习手段的运用，降低学习成本，丰富学习体验。“智能钢琴”学习方式的可行性推广，还需要广大钢琴教师与音乐爱好者共同研究开发。运用“智能钢琴”平台，改善传统钢琴课堂枯燥、沉闷的学习气氛，增加学习兴趣，提高学习效率。