申大山

《晉書·樂志》說：“是以聞其宮聲，使人溫良而寬大；聞其商聲，使人方廉而好義; 聞其角聲，使人傾隱而仁愛; 聞其徵聲，使人樂養(yǎng)而好使；聞其羽聲，使人恭儉而好禮?！弊阋哉f明音樂中的“五音”能對人們產(chǎn)生積極作用。音樂是一種語言，可以深入內(nèi)心，很難想象沒有了音樂的世界會變成什么樣子。在信息時代，電子樂器的出現(xiàn)大大擴展了音樂的種類。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和更新?lián)Q代，電子樂器的制作難度也大大降低，對于中學(xué)生而言，借助簡單電路與編程制作電子樂器已經(jīng)是觸手可及的事情。本項目以創(chuàng)意電子樂器為主題，綜合運用樂器發(fā)聲知識與編程技術(shù)，使用Arduino 開源硬件進行電子樂器的設(shè)計與制作，提升學(xué)生的合作能力、跨學(xué)科解決實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新精神。

項目設(shè)計

本項目以創(chuàng)意電子樂器為主題，綜合運用知識與技術(shù)，使用Arduino 開源硬件進行電子樂器的制作。項目注重學(xué)生電子樂器的創(chuàng)意生成、產(chǎn)品設(shè)計與產(chǎn)品實現(xiàn)的過程，全面提升學(xué)生跨學(xué)科解決問題的能力。通過了解不同種類的樂器，引導(dǎo)學(xué)生思考電子樂器的應(yīng)用場景和設(shè)計理念；學(xué)習(xí)Arduino 單片機的使用方法、利用蜂鳴器發(fā)聲；通過觸摸檢測函數(shù)實現(xiàn)人體觸碰識別功能，為創(chuàng)意的實現(xiàn)提供技術(shù)支持；選擇合適的材料和加工工具制作電子樂器外觀，組裝制作成品，并進行演奏測試，針對發(fā)現(xiàn)的問題進行優(yōu)化。引導(dǎo)學(xué)生對電子樂器的功能進行改進與調(diào)試，最后對裝置進行優(yōu)化迭代，提高學(xué)生的信息分析能力和實踐能力，培養(yǎng)批判性思維和創(chuàng)新思維。

項目分析

本項目主要針對中學(xué)生和具備一定編程知識基礎(chǔ)與動手能力的學(xué)生設(shè)計開發(fā)，在使用過程中，可以針對不同學(xué)生設(shè)定不同的項目目標(biāo)，重點在于培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科知識的學(xué)習(xí)能力和解決復(fù)雜問題的能力，并嘗試引入新技術(shù)（激光切割、3D 打?。┑膶W(xué)習(xí)與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究與創(chuàng)新意識，提升學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力和物化能力。項目實施過程中，除了完成項目內(nèi)容本身，同時重視解決問題形成的路徑對設(shè)計方案的沉淀，期望可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注相關(guān)學(xué)科知識在生活中的應(yīng)用。對于不同層次的學(xué)生，其項目活動的開放度、成果呈現(xiàn)形式等應(yīng)該有所區(qū)別，教師可結(jié)合實際情況靈活調(diào)整，編程可改換為圖形化編程。項目實施擴展性強，從最簡單的紙上鋼琴，到手工制作的立體樂器，再到通過先進加工技術(shù)制作電子樂器產(chǎn)品，都可以根據(jù)硬件條件與課時安排實施。

項目實施

任務(wù)1：電子樂器初探

引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解電子樂器的概念和特點，認(rèn)識電子樂器與傳統(tǒng)樂器的區(qū)別；引導(dǎo)學(xué)生觀看網(wǎng)絡(luò)上各種樂器的視頻，初步掌握樂器的發(fā)聲原理和基本的樂理知識；組織學(xué)生開展互助活動，鼓勵具備傳統(tǒng)樂器演奏經(jīng)驗的學(xué)生傳授樂器演奏技巧，指導(dǎo)學(xué)生掌握基本的樂器演奏技巧；引導(dǎo)學(xué)生通過對比傳統(tǒng)樂器與電子樂器的結(jié)構(gòu)，思考樂器發(fā)聲的本質(zhì)，進一步思考電子樂器如何實現(xiàn)電能到聲音的轉(zhuǎn)化過程。

任務(wù)2：Arduino 電子樂器技術(shù)

引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料， 了解常用的開源硬件Arduino 的原理；指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)Arduino 的基本操作方法，實現(xiàn)簡單的音符發(fā)音練習(xí)：外接1 個蜂鳴器或壓電陶瓷喇叭，通過編程控制喇叭發(fā)出523 Hz 的聲音，對應(yīng)高音Do的發(fā)聲。指導(dǎo)學(xué)生通過修改程序迅速完成音樂發(fā)聲部分的制作，鼓勵學(xué)生設(shè)計自動彈奏歌曲的功能。指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握Arduino 的操作技能，實現(xiàn)與人交互，即檢測人的特定動作然后發(fā)出對應(yīng)音符。引導(dǎo)學(xué)生通過外接按鍵開關(guān)、溫度傳感器、激光傳感器等多種傳感器實現(xiàn)各種方式的交互，拓展學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

任務(wù)3：電子樂器創(chuàng)新設(shè)計

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已掌握的電子樂器知識與技能，尋找合適的應(yīng)用場景，明確限制因素，針對場景進行設(shè)計。鼓勵學(xué)生突破原有樂器結(jié)構(gòu)的思維定式，根據(jù)使用環(huán)境和彈奏方式創(chuàng)新樂器結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)單人構(gòu)思，初步完成1 份設(shè)計方案，然后組內(nèi)討論所有成員的設(shè)計方案，綜合分析優(yōu)缺點，互相參考設(shè)計理念，形成小組方案，并在紙上或電子文檔上通過合理的繪圖方式展現(xiàn)設(shè)計方案。引導(dǎo)學(xué)生展示小組設(shè)計方案，通過質(zhì)疑、可行性分析等環(huán)節(jié)后，進一步優(yōu)化設(shè)計，形成最終的電子樂器設(shè)計方案。

任務(wù)4：創(chuàng)意樂器制作與優(yōu)化

指導(dǎo)學(xué)生按照小組設(shè)計方案，利用木板、瓦楞紙板、KT 板、硬紙板等材料和工具制作個性化電子樂器；指導(dǎo)學(xué)生對電子樂器的發(fā)聲功能進行測試，調(diào)試發(fā)聲效果，反復(fù)驗證，優(yōu)化設(shè)計。以紙上鋼琴為例：在紙張上利用導(dǎo)電膠帶制作鋼琴的琴鍵，將導(dǎo)線連接到Arduino 的端口，利用開源函數(shù)readCapacitivePin（） 設(shè)計不同的琴鍵音調(diào)。通過電容式人體觸摸檢測的方式，產(chǎn)生電容變化，經(jīng)Arduino識別后控制喇叭發(fā)聲，實現(xiàn)電子紙上鋼琴發(fā)聲。

任務(wù)5：演奏展示與評價

組織學(xué)生開展成果展示活動，鼓勵學(xué)生在舞臺上演奏自己的電子樂器；鼓勵學(xué)生闡述電子樂器的設(shè)計理念，分享電子樂器設(shè)計與制作過程中的故事和心得。組織學(xué)生從電子樂器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、美觀性、創(chuàng)新性、演奏效果等方面展開評價；鼓勵學(xué)生從參與程度、團隊合作、表達能力等方面開展自評和互評，總結(jié)并反思項目過程中出現(xiàn)的問題及解決問題的經(jīng)驗。