人工智能技术在长笛教学中的应用

何阳

摘 要：人工智能是当今最受瞩目的话题之一，将音乐人工智能技术有效地应用到教学领域，可以改变单一传统的教学模式，使教学模式多元化，增加学生自主学习的兴趣和能力。厦门市音乐学校是一所以音乐特色为办学宗旨的中小学，涵盖小学、初中、高中、中专，学习器乐专业的学生目前已达到上千人，如何提高学生在家练习的效率，如何解决琴童家长陪练难的问题，如此大的专业学生量，如何解决学生音乐会、演奏会等常规教学中钢琴伴奏严重不足的问题，是笔者这次将AI音乐人工智能应用到教学中的主要探究。

关键词：人工智能；智能伴奏；智能陪练；长笛教学

中图分类号：G42 文献标识码：A 文章编号：2096-0905（2023）33-0-03

一、人工智能技术在音乐中的应用背景

随着时代的发展，学习乐器演奏的孩子越来越多，如何使学习独奏乐器的孩子在家也能享受到与钢琴伴奏或乐队伴奏同样的演奏效果，从而达到音乐演奏的完整性，真正提高我们的音乐鉴赏力，这是我们梦寐以求的！如何在练习中发现演奏中音高、节奏、音准上的错误，并加以改进等，随着信息化的快速发展，音乐人工智能技术将帮助我们解决一直困扰我们的问题。在快速发展的信息化时代，人工智能被运用于日常生活的各个领域。音乐教学逐渐展现出传统教学的一些弊端，为了与时代接轨，音乐教学智能化的教学新形式慢慢盛行。人工智能技术的引进，为音乐教学领域带来一股清风。2017年7月，国务院发布新政策，在《新一代人工智能发展规划》中明确指出：“利用人工智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系，提供精准推送的教育服务，实现日常教育和终身教育定制化[1]。”

二、人工智能技术在音乐中的发展领域

音乐人工智能技术简单理解就是人工智能创作音乐。

近年来，在音乐及计算机领域出现了音乐人工智能（Music AI）这一名词。音乐人工智能是一个通俗的略显模糊的概念，可以看作人工智能在音乐领域的垂直应用，包括音乐生成、音乐信息检索MIR（含数十项应用），以及所有其他涉及AI的音乐相关的应用，如智能音乐分析、智能音乐教育、乐谱跟随、智能混音、音乐机器人、基于智能推荐的音乐治疗、图片视频配乐等[2]。

人工智能APP拥有海量的音乐素材库，这是课本无法比拟的优势。利用网络的便利，全面的音乐知识、丰富的视频动画与画面、生动的音频等大幅提升了学生的个性化学习能力。在疫情时代，远程教学方式突破了传统教学模式的限制，让学生居家也能得到高质量的课堂体验。人工智能创造性地推出多种多样的音乐素材和学习方式，大大增加学生对音乐的兴趣，提高了学习趣味性与主观能动性，使学生能更全面地掌握音乐知识，提高音乐演奏或演唱技术。人工智能技术与音乐教学相互交融，大大丰富课堂教学资源，拓展了智能乐器的功能，提升了音乐教学艺术素养。学生还能通过人工智能进行个性练习，人工智能可以做到观察音乐课堂学习，分析旋律、节奏、演奏法是否准确，有效评价教学质量，帮助学生更好地了解自己的知识水平。这种新形式大大激发教师运用人工智能技术创新音乐教学手段的热情，体现教师在课堂教学中的引领地位，同时鞭策学生自觉学习。

三、人工智能技术（智能伴奏APP/智能陪练APP）的研究

我校是一所具有艺术特色的学校，涵盖九年制义务教育的普通中小学、实验高中以及三年制音乐艺术中专，办学模式多样。想在长笛教学中，运用好人工智能软件进行教学，那么先要對其运用的智能软件进行筛选，选择适合我校长笛教学工作的智能应用软件，在众多的人工智能软件中笔者选择了“协奏者”和“一起练琴”APP软件作为研究的主要目标。

（一）音乐人工智能APP介绍

1．协奏者?应用（英文名Cadenza?）专门为音乐学院及附中学生，职业乐团演奏员，以及从进阶到高水平的古典音乐管弦乐器演奏者所设计。在iPad、iPhone和mac上，协奏者使用音乐人工智能，让演奏者得以在练习、排练和演出中实时体验与高水平协作钢琴家或专业管弦乐团的互动合作。协奏者软件日积月累的曲目库，目前提供超过1000首曲目/乐章，涵盖多种管弦乐器的经典核心曲目。协奏者为我们提供一个身临其境的音乐体验，进而获得对该曲目的精深理解；并通过自动录音与混音回放，来对演奏进行自我分析批判，以精进演奏技艺，与世界分享音乐的美好与欢乐。这款应用软件将改变以往课堂上由于无法使用真人伴奏，而导致的音乐演奏空洞乏味，由音乐人工智能代替真人伴奏使音乐演奏丰富多彩，有利于提高学生学习的兴趣和主动性。

协奏者软件不同于其他AI软件，它拥有灵敏的伴奏跟随功能，能根据演奏者的速度快慢随时调整伴奏的速度，甚至是华彩自由片段仍可以通过多次练习使软件产生记忆，不断学习演奏者的演奏习惯，从而达到独奏与伴奏的和谐一致。值得一提的是，市面上大多数陪练软件的伴奏音频多使用电子合成音乐，音响较生硬，而协奏者的伴奏音频全部采用真人协作钢琴家的演奏或国内优秀管弦乐团现场录制，最大程度丰富演奏者的听觉和声体验，与演奏相得益彰。在练习中，演奏者可以从乐曲的任意小节开始练习，不受时间、地点的限制，反复排练，直到熟悉乐曲各声部全貌，为最终呈现做最充分的准备。演奏完成后，即可看到音乐AI的精准分析，每个音符的音准呈现在乐谱上，一目了然。同时，手指点选任意音符便可自我聆听，不断增进对乐器的掌握和对乐曲的理解。协奏者软件自动优化伴奏延时设定，来尽量适应蓝牙音频设备带来的延迟，并可由演奏者精细调整直到完全匹配，尤其适用rubato较多的乐曲。音乐是主观行为，不像机器一样一板一眼，在跟随功能上对人工智能技术要求极高。智能交互的手段主要依靠人工智能技术的记录与分析，协奏者软件具备存档的功能，每个ID都有自己的档案，记录演奏者的学习状态与数据。演奏者可以将在家练习的成果以视频或音频的形式记录，回课时与教师共同聆听、一起分析评价，对有错误的地方进行反复推敲纠正，从而达到正确演奏的目的。并且，演奏者可任选演奏录音，让协奏者的音乐人工智能学习领会演奏者的演奏风格和速度变化，从而获得更默契的个性化伴奏，达到智能交互。

在人工智能科技条件下，智能交互式教学手段渐渐成为长笛教学中的重要辅助方式。精髓在于将长笛教学过程中看不到摸不着的元素转变成具体数据，使音乐语言可见化，促使专业教师全面掌握学生的练习情况。当不可见转化成可见后，学生对音乐的理解便可由一种无意识转化为有意识，从而形成教学相长的可持续发展。

2．“一起练琴”乐器陪练软件，有Android和iOS客户端两种版本。

“一起练琴”通过人工智能（AI）陪练的方式辅助练琴，真人示范。APP通过人工智能计算打分，告知错误详情，指出音准、节奏等具体错误。帮助不懂音乐的家长顺利陪练。APP提供海量电子乐谱，大部分提供伴奏或重奏；乐谱支持播放，任意切换多声部、自由调节速度。教师随时可以在APP上查看自己团队学生的练琴情况，掌握学生在家练琴时间和得分；也可以查看具体练习的详情，听练习录音，有效提升学生练习的效率和自主学习的能力，实现线上线下教学模式多元化。

（二）“协奏者”和“一起练琴”APP目前取得的相关成果

1．AI之夜“协奏者”2018/11/26 中央音乐学院教学楼201。

中央音乐学院与美国印第安纳大学联合举办的“AI之夜——音乐人工智能伴奏系统音乐会”是我国首次采用世界顶级人工智能技术，用信息化的交响乐团“信息爱乐”提供可以根据演奏者音乐节奏的变化而随之变化的现场协奏形式的一台音乐会，这场音乐会除用人工智能技术协奏古典音乐外，还首次协奏中国乐曲《长城随想曲》，这是音乐人工智能伴奏系统的世界首演。这是一場意义深远的音乐会，我国整个音乐行业将由此进入一个“人工智能化”的时代，极大地提升了整个音乐行业的发展水平，尤其是音乐教育行业的信息化水平。人工智能技术与音乐专业相结合将会实现整个行业的跨越式发展，一定会成为音乐行业实现产业化的典范[3]。

2．2018年1月“协奏者”团队首次参与首届珠海弦乐大师班；2019年的第二届珠海弦乐大师班，协奏者在大师班期间提供现场注册和免费练习使用，并为闭幕式音乐会上提供全部管弦乐团伴奏。

3．“一起练琴”APP目前已有1466万次下载安装量。

四、人工智能在长笛教学中的研究

长笛凭着动听的音质、优美的旋律、入门简单、小巧便携、优雅美观等优点，受到人们的喜爱。目前，学长笛的人数较多，是管乐中相对抢手的一种乐器。初学者年龄相差甚远，最小的仅五六岁，成人学生也很多，甚至国内还组建多支长笛乐团。长笛教学多采用一对一或一对多的教学形式展开，在一节课有限的时间里，教师要将重难点传授给学生，再由学生课后练习。长笛教师面对的是单个学生，因为不同年龄、学情、性格特点等，教师不仅要因材施教采取不同的教学计划，还要让学生在课堂中充分发挥主观能动性。但经过一周的练习后，学生的回课情况相差甚远，有的学生能够零失误、完整演奏，有的却是错音连篇而不自知。如何解决教育资源不均衡、课后练习如何提高练琴效率、如何对自我练习进行准确的评价是值得探究的，这也是为师者要不断思考的课题。

（一）深入了解并研究人工智能软件的优劣，合理选择和使用应用软件

对人工智能软件的使用进行深入研究，可以发现“协奏者”和“一起练琴”两款人工智能软件所针对的学习群体是截然不同的，所以笔者在教学中会根据学生的专业水平选择与之相对应的人工智能APP，并做出指导性的建议：1．小学阶段及初学入门的学生使用“一起练琴”APP，尤其对于课堂接受能力较差的学生，“一起练琴”APP可以解决很多长笛初级水平学生中节奏、音高不准确的问题，它就是一个很好的陪练老师，在家就可以通过APP的纠错功能，从而达到高效率的练习，同时解决家长因不懂音乐导致的陪练难问题，当然它的伴奏功能也是一大亮点，虽然目前还只是电子合成伴奏无法做到跟随，但对于小学生及初学者来说，跟着伴奏音乐一起练琴，可以提高学生的练琴乐趣，练琴不再枯燥乏味。2．中高级以上学生建议使用“协奏者”APP，它是专为高水平演奏者而设计的，它的伴奏跟随系统是它最强大的功能，学生在家即可随时跟随伴奏进行练习，你可以想象在家就有整支乐队为你协奏的演奏效果吗？

（二）提高学生练琴效率，解决琴童家长陪练难的问题

在长期的教学中，笔者发现部分学生（尤其是低年龄段和初学阶段的学生）的练琴效果总不尽如人意，但是通过收集家长及学生反馈的信息，确实做到了课后认真练习，那么是什么原因导致练琴效果大打折扣呢？分析结果基本存在几个共性的问题：1．在练习中不知道纠错；2．不会慢练、不使用节拍器；3．由于课堂时间有限，所学新知识无法快速掌握，课堂掌握课后忘；4．家长不懂音乐，无法帮助孩子解决练习中出现的问题；5．反复的练习让学生感到枯燥乏味。疫情的三年时间里，让我们开始研究如何更科学更有效地进行线上线下同步教学，人工智能技术在这几年内得到迅速的发展，我们可以通过“一起练琴”线下陪练软件轻松地解决这些问题。在长笛教学中，笔者逐步将人工智能软件渗透到课堂中，学生可以在课下通过智能软件，学习课堂上没有完全搞懂的节奏型，可以通过智能测评发现演奏错误的地方并进行纠错，可以跟随智能软件的伴奏音乐一起演奏乐曲，练琴变成了一件轻松快乐的事。

（三）提高学生音乐表现力，让音乐充满生机，赋予其生命

钢琴家阿图尔·鲁宾斯坦曾说过：乐感所考虑的是把音符和乐谱背后真正的含义表达出来。要想将音乐表现到极致除了高超的演奏技巧，还要达到忘我的精神境界，做到心中只有乐音。音乐是需要完整展现的，作为单声部乐器的长笛，很多时候的练习都是独自完成的，很难将乐曲的整体音乐含义表现出来，那么如何能更好地提高学生的音乐表现力呢？如何能让学生即便在家里也能同样感受到音乐带给自己的无穷魅力呢？除了听，我们还能做什么？“协奏者”软件能提供给练习者一个身临其境的音乐体验，有如自己置于音乐中心，乐团成员在侧随和自己演奏的声部实时交互，从此获得无可比拟的练习体验。在笔者的长笛课教学中，笔者使用了这样一个智能伴奏系统，让学生有了一个全新的演奏体验，全新的认知。学生在这样的练习中将不断解决技术上的难点、克服演奏中心理上的障碍，通过与智能伴奏不断的反复的契合得到一个完美的演奏体验。

五、研究成果展示

我们的教学团队在将近两年的人工智能与乐器教学的研究中，指导学生用智能伴奏系统，于2022年10月27日，成功举办了一场“人工智能与管乐”演奏音乐会。我们相信人工智能在音乐领域的发展会越来越宽广，希望在与人工智能的交融中，碰撞出更多的火花，让学琴从此不再枯燥乏味。

六、结束语

虽然在人工智能的实践教学中，出现了一些软件还不够完善的地方，但随着电子技术以及计算机的出现，电子音乐、MIDI、计算机音乐、音乐人工智能迅速发展。未来的音乐、未来的音乐教育将与计算机、人工智能息息相关，未来的音乐一定会是一个多维的音乐空间，未来的音乐值得我们不断探索。

参考文献：

[1]孙丹阳.中小学音乐教师如何应对人工智能时代的到来[J].北方音乐，2019，39（06）：81-83+88.

[2]卞墨清.人工智能音乐可版权性研究（上）[J].大众文艺，2023（15）：81-83.

[3]孙倩.基于关联主义的“大数据+音乐教育”教学模式探究[D].南京艺术学院，2020.