鄧紫芯 王 芳

動(dòng)態(tài)可視化手段是可視化的一種，與靜態(tài)可視化相對(duì)，具有視覺性、互動(dòng)性、實(shí)時(shí)性等特征。動(dòng)態(tài)可視化廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，但應(yīng)用于音樂教育領(lǐng)域甚少。音樂教育實(shí)習(xí)時(shí)，在課堂教學(xué)的研究和實(shí)踐中產(chǎn)生的諸多問題促使筆者對(duì)動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)手段的應(yīng)用產(chǎn)生濃厚的興趣。

一、動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)的緣起與應(yīng)用現(xiàn)狀

(一)溯源與發(fā)展

可視化作為專業(yè)術(shù)語最早由B.H.McCormick[2]提出，可視化的種類一般分為數(shù)據(jù)可視化、信息可視化、知識(shí)可視化三種。Chen Min等學(xué)者[3]討論了三種可視化類型的聯(lián)系及相互轉(zhuǎn)化程序等?？梢暬虒W(xué)應(yīng)用非常廣泛，從國(guó)外現(xiàn)有研究來看，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)器[4]與科學(xué)[5]的教學(xué)、自主學(xué)習(xí)[6]的學(xué)習(xí)方式等方面。關(guān)于音樂可視化的研究很少，以Music visualization[7]這篇會(huì)議文章為主，其主要研究聽者對(duì)于曲調(diào)速度的感受，用圖片這一靜態(tài)可視化的形式表示。而關(guān)于音樂教學(xué)可視化的文章，國(guó)外目前還未查詢到。由此可見，國(guó)外對(duì)于可視化的研究起始于1988年，逐漸呈現(xiàn)系統(tǒng)化、體系化的發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)科跨度較大，但關(guān)于音樂可視化的研究較少。

在國(guó)外研究的基礎(chǔ)上，吳少巖等學(xué)者的《科學(xué)計(jì)算可視化》[8]和黃朝暉等學(xué)者《數(shù)據(jù)可視化技術(shù)及現(xiàn)狀》[9]兩篇文章，是國(guó)內(nèi)最早關(guān)于可視化的研究。關(guān)于音樂可視化方面的研究國(guó)內(nèi)較國(guó)外更具體，自1997年李霞等人在青島大學(xué)學(xué)報(bào)發(fā)表《關(guān)于音樂可視化的研究——聲音格式到音樂格式的轉(zhuǎn)換》[10]一文后，音樂可視化相關(guān)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(dòng)、聲光類交互系統(tǒng)、影像、統(tǒng)計(jì)圖及數(shù)學(xué)模型等形式，并分別進(jìn)行了案例研究。該文章從音樂信息可視化的性質(zhì)以及與其它學(xué)科交叉的角度，為音樂研究、音樂教學(xué)提供了新的視角，證實(shí)了音樂信息可視化的可行性。[11]袁野將可視化技術(shù)運(yùn)用于音樂課堂。在文中作者系統(tǒng)地論述了靜態(tài)可視化的發(fā)展歷程，分析了視覺能夠?qū)β犛X起到輔助作用的原理，并根據(jù)音樂與新媒體技術(shù)相結(jié)合的方式及其應(yīng)用場(chǎng)景分類，提出了音樂與動(dòng)畫、音樂聲音的實(shí)時(shí)可視化、音樂游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)中的可視化等動(dòng)態(tài)方式。[12]陳炎秋將可視化應(yīng)用于小學(xué)音樂課堂，文中她主要關(guān)注圖示、圖像等靜態(tài)可視化教學(xué)，并結(jié)合教學(xué)案例，提出可視化教學(xué)有助于提升教師的教學(xué)能力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、加強(qiáng)師生交流等結(jié)論。[13]

綜上所述，關(guān)于可視化的研究起始于20世紀(jì)末，靜態(tài)可視化已被廣泛運(yùn)用于教學(xué)領(lǐng)域。但在音樂教學(xué)領(lǐng)域尚未引起足夠的關(guān)注，尤其是動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)。

(二)概念定義

Visualization in scientific computing中首次將可視化的作為專業(yè)術(shù)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(xué)可以通過附帶的分類圖來定義。圖像和信號(hào)可以從攝像機(jī)或傳感器中捕獲，通過圖像處理進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并以圖形形式呈現(xiàn)在硬拷貝或軟拷貝輸出上?！蹦壳埃瑢?duì)可視化的一般定義為：可視化是一種使復(fù)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(xiàn)在可視化已不再局限于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，被廣泛地應(yīng)用于我們的生活中，例如：縱橫交替的街道由地圖來展現(xiàn)；音樂的音高和節(jié)奏由樂譜來記錄；復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)由思維導(dǎo)圖來梳理……

動(dòng)態(tài)可視化是可視化的一種表現(xiàn)形式，與靜態(tài)可視化相對(duì)，表示可視化的圖像會(huì)隨時(shí)間而改變，呈現(xiàn)視覺化、互動(dòng)性、實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，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(jì)上，水銀的高度會(huì)隨著溫度的變化而變化，其表達(dá)的主要信息就是溫度的變化；在手機(jī)的錄音機(jī)軟件中，可以根據(jù)人聲的變化，實(shí)時(shí)生成頻率圖像，放大人們對(duì)聲音頻率的感知……由此可見，動(dòng)態(tài)可視化能夠達(dá)到吸引觀眾注意力、容易被人接受、生動(dòng)準(zhǔn)確傳遞信息、實(shí)時(shí)反饋?zhàn)兓男Ч?/p>

(三)應(yīng)用現(xiàn)狀

可視化在教育中的應(yīng)用很廣泛，在物理學(xué)科中，李文穎運(yùn)用繪制歸納圖、構(gòu)建學(xué)習(xí)情境等可視化教學(xué)手段將難以理解的知識(shí)和隱性思維形象具體化，學(xué)生通過“畫”題而非“做”題分析、應(yīng)用知識(shí)，從而學(xué)會(huì)思考、解決難題[16]；在英語學(xué)科中，以曾燕燕的研究為代表，利用思維導(dǎo)圖的結(jié)構(gòu)與單詞之間的聯(lián)系，設(shè)計(jì)了五種思維導(dǎo)圖幫助單詞識(shí)記，包括：精密圖、輻射圖、等級(jí)圖、鏈?zhǔn)綀D和圖解式[17]；在語文學(xué)科中，楊俊珂討論了思維導(dǎo)圖、概念圖，在教學(xué)實(shí)踐中讓學(xué)生自己繪制思維導(dǎo)圖，起到鍛煉發(fā)散性思維的作用[18]；在音樂學(xué)科中，李志宇設(shè)計(jì)了旋律線、圖形譜、肢體律動(dòng)、圖片、音樂劇等可視化方式，讓學(xué)生直觀地感受音樂，激發(fā)學(xué)生對(duì)旋律和節(jié)奏的感知。[19]

綜上所述，可視化廣泛適用于文、理、藝術(shù)等學(xué)科的教學(xué)實(shí)踐，證明可視化教學(xué)能夠輔助學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與記憶，并鍛煉了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。但可視化教學(xué)起步較晚，且目前主要局限于圖片、思維導(dǎo)圖等靜態(tài)可視化的表現(xiàn)形式。

二、動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)的具體手段

(一)錄音機(jī)——實(shí)時(shí)記錄聲音的頻譜圖

錄音機(jī)是記錄聲音的軟件，在記錄聲音的同時(shí)會(huì)顯示頻譜圖。錄音機(jī)收錄了人聲，根據(jù)人聲的力度、時(shí)值，繪制頻譜圖。在頻譜圖中，橫軸代表時(shí)間，縱軸代表音量的大小。人聲的時(shí)值越長(zhǎng)，其橫軸就越長(zhǎng)；聲音力度強(qiáng)，其縱軸就長(zhǎng)。隨著人聲與時(shí)間的變化，頻譜圖能進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄與顯示。

錄音機(jī)具有實(shí)時(shí)性，能夠隨時(shí)記錄課堂上的聲音，在課堂上使用非常便利。同時(shí)，錄音機(jī)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(jù)圖像對(duì)聲音進(jìn)行力度、時(shí)值上的分析，便于學(xué)生理解教師所講解的各區(qū)域作品處理細(xì)節(jié)，并起到非常好的教學(xué)反饋?zhàn)饔?。錄音機(jī)所顯示的頻譜圖具有直觀性，其縱橫坐標(biāo)的形式，類似于數(shù)學(xué)坐標(biāo)系的圖表形式，學(xué)生能夠?qū)⒁魳氛n程與數(shù)學(xué)知識(shí)相融會(huì)貫通，一目了然。

(二)庫樂隊(duì)——豐富多彩的音色庫

庫樂隊(duì)是音樂創(chuàng)作軟件，由iOS系統(tǒng)支持。它有非常龐大的聲音資源庫，僅僅一個(gè)軟件就可以體驗(yàn)大部分樂器的音色和風(fēng)格。節(jié)拍音序器是庫樂隊(duì)的功能之一，可以對(duì)鼓點(diǎn)、碰鈴等樂器的合奏進(jìn)行設(shè)計(jì)，甚至加上拍手動(dòng)作。

庫樂隊(duì)豐富的音色可以打破現(xiàn)實(shí)中課堂樂器種類有限的壁壘，將傳統(tǒng)與現(xiàn)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(xué)生的注意力。庫樂隊(duì)中的節(jié)拍音序器，能夠根據(jù)教學(xué)需求，選擇教材要求的樂器，制作與教學(xué)相匹配的音頻作品，從而解決教師不能同時(shí)演奏多種樂器的問題，并給學(xué)生可重復(fù)聆聽、仔細(xì)對(duì)比的教學(xué)示范。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)使用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，以[n（%）]表示計(jì)數(shù)資料，使用 χ2檢驗(yàn)，以（±s）表示計(jì)量資料，采用t檢驗(yàn)，多組間的比較采用F檢驗(yàn)，進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

(三)THE ONE鋼琴教室——?jiǎng)討B(tài)音符的鋼琴游戲

THE ONE鋼琴智能教室，是智能鋼琴教室的領(lǐng)先者，并得到鋼琴家郎朗的支持。在這個(gè)智能鋼琴教室中，教師的電鋼琴和電腦作為主導(dǎo)，一個(gè)電視顯示屏進(jìn)行授課，每個(gè)學(xué)生都配備電鋼琴和電腦。其教學(xué)過程分為三個(gè)部分，課前準(zhǔn)備、演奏和考核。課前準(zhǔn)備部分包含：小故事、樂理知識(shí)、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(gè)環(huán)節(jié)。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(gè)的音符和鋼琴鍵盤，音符以花朵的形式落下，達(dá)到指定位置，便進(jìn)行演奏，鋼琴鍵盤會(huì)根據(jù)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(jù)旋律發(fā)展移動(dòng)，當(dāng)音符移動(dòng)到藍(lán)色光線的地方時(shí)便演奏，譜面和鋼琴鍵盤會(huì)根據(jù)演奏情況進(jìn)行相應(yīng)的變色；第三種是考核演奏模塊，屏幕完全展示鋼琴譜，根據(jù)旋律發(fā)展移動(dòng)藍(lán)色光線。

THE ONE鋼琴教室的三種演奏形式，都運(yùn)用了動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)手段，將音符變成花朵、將節(jié)拍變成藍(lán)色光線、樂譜根據(jù)所演奏旋律進(jìn)行片段化的展示，這些都使鋼琴教學(xué)不再抽象，學(xué)生彈鋼琴就如玩游戲一般簡(jiǎn)單。該課程的PK環(huán)節(jié)能有效激發(fā)學(xué)生的好勝心，其演奏速度有慢、中、快的循序漸進(jìn)，同時(shí)兼顧了競(jìng)爭(zhēng)性和科學(xué)性。學(xué)生在一遍遍的演奏中不知疲倦，又因競(jìng)爭(zhēng)而做好每一次演奏，在不斷地反復(fù)和增加難度中熟練、踏實(shí)地掌握鋼琴曲的演奏。

(四)動(dòng)畫——音樂化的劇情發(fā)展

動(dòng)畫的形象設(shè)計(jì)具有條理化、秩序化的特點(diǎn)，易于被學(xué)生識(shí)別和接受，便于形成概念與記憶。優(yōu)秀的動(dòng)畫公司為適齡學(xué)生帶來了各式各樣的動(dòng)畫角色和劇情，能夠滿足不同年齡段學(xué)生的需求，傳播于學(xué)生之間并頻繁地被教師運(yùn)用于教學(xué)之中。動(dòng)畫作為優(yōu)秀的視覺形式，伴隨著大多數(shù)學(xué)生度過業(yè)余時(shí)光。一些制作優(yōu)良的動(dòng)畫能夠直接運(yùn)用于音樂課堂，比如《貓和老鼠》里的“貓之協(xié)奏曲”片段、《藍(lán)色狂想曲》等。動(dòng)畫中以人物動(dòng)作、劇情發(fā)展等方式表現(xiàn)出音樂的魅力，從視覺上豐富了音樂表現(xiàn)力。因此動(dòng)畫廣泛地受到學(xué)生的喜愛，能夠集中學(xué)生的注意力，達(dá)到在玩中學(xué)的效果。

動(dòng)畫作為一種現(xiàn)成的動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)手段已被廣泛應(yīng)用，除此之外教師還可以運(yùn)用Flash進(jìn)行制作符合教材的動(dòng)畫。Flash是多媒體軟件平臺(tái)，一般指Adobe Flash。這是一個(gè)二維動(dòng)畫軟件，用于設(shè)計(jì)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(qiáng)，一般用于制作動(dòng)畫，廣泛應(yīng)用于媒體領(lǐng)域。Flash應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域，則可以根據(jù)教學(xué)需要?jiǎng)?chuàng)造個(gè)性化的動(dòng)畫，使動(dòng)畫與教學(xué)要求完全匹配，達(dá)到看完動(dòng)畫即完成教學(xué)的效果。

三、動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)在音樂課堂的使用建議

(一)巧用動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)手段，切忌喧賓奪主

使用動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)手段的時(shí)機(jī)很重要，音樂過于抽象，學(xué)生無法理解知識(shí)點(diǎn)時(shí)，動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)手段能夠起到以視覺輔助聽覺，達(dá)到直觀的效果，從而提高教學(xué)效率。動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)手段可以用于課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)和拓展延伸環(huán)節(jié)，它們分別處于整堂課程的初期與末期，初期時(shí)學(xué)生未完全集中精力于教學(xué)活動(dòng)中，用動(dòng)畫視頻吸引學(xué)生的注意力，末期時(shí)用視頻鞏固課堂知識(shí)或了解同類型的音樂作品。動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)打破了課堂內(nèi)樂器有限的壁壘，在感受樂器音色、不同音樂流派、地域風(fēng)格的時(shí)候，運(yùn)用庫樂隊(duì)能起到實(shí)時(shí)與交互效果。

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

(二)建立動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)數(shù)據(jù)庫，豐富教學(xué)資源

音樂教學(xué)中會(huì)運(yùn)用很多教學(xué)視頻資源，通過收集高質(zhì)量、符合學(xué)情的教學(xué)資源，建立動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)手段的數(shù)據(jù)庫，豐富課堂教學(xué)資源。建立數(shù)據(jù)庫需要注意切合教學(xué)內(nèi)容，以教材中的音樂作品為依據(jù)，提高實(shí)用性；符合學(xué)生年齡，音樂教學(xué)的對(duì)象范圍從幼兒園至高校甚至社會(huì)，年齡跨越大，不同年齡段的學(xué)生對(duì)音樂的偏好、理解能力差異大；及時(shí)更新庫內(nèi)資源，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代信息傳播迅速、動(dòng)態(tài)可視化軟件層出不窮、音樂人才創(chuàng)作質(zhì)量高，數(shù)據(jù)庫內(nèi)資源在保留經(jīng)典作品的同時(shí)，要增強(qiáng)時(shí)代性，起到實(shí)時(shí)傳播優(yōu)質(zhì)作品的作用。

(三)研發(fā)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)可視化動(dòng)畫，形成教研特色

網(wǎng)絡(luò)上的視頻絕大多數(shù)是根據(jù)作者個(gè)人興趣和時(shí)事熱點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)作，完全切合音樂課堂教學(xué)的動(dòng)態(tài)可視化內(nèi)容較少。若每個(gè)音樂教師要依照教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)并制作視頻，需要考慮學(xué)生的學(xué)情與年齡階段、了解并掌握最新的音樂知識(shí)、練習(xí)操作Flash等視頻制作軟件。這會(huì)消耗教師大量精力去學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)與制作，而更少關(guān)注音樂本身的教學(xué)。筆者建議，可以將研發(fā)動(dòng)態(tài)可視化動(dòng)畫作為教研組的任務(wù)或課題，教師之間進(jìn)行分工合作，整體把握學(xué)生認(rèn)知發(fā)展程度、教材內(nèi)涵、音樂發(fā)展前沿等，能夠熟練操作信息技術(shù)手段的教師進(jìn)行制作，再將最后的成品分發(fā)給教該課程的教師，作為課堂教學(xué)的一部分。該流程可增強(qiáng)動(dòng)態(tài)可視化動(dòng)畫的科學(xué)性與普適性，推廣并普及動(dòng)態(tài)可視化教學(xué)，提高教研組的科研能力，塑造音樂學(xué)科特色。

注釋:

[1]洪文學(xué),王金甲.可視化和可視化分析學(xué)[J].燕山大學(xué)學(xué)報(bào),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).

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

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

[9]黃朝暉,李曉梅.數(shù)據(jù)可視化技術(shù)及現(xiàn)狀[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),1993(02):39—43.

[10]李 霞,劉 征,劉遵仁,邵峰晶.關(guān)于音樂可視化的研究——聲音格式到音樂格式的轉(zhuǎn)換[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1997(04):68—72.

[11]梁曉晶.音樂信息可視化研究[D].中國(guó)音樂學(xué)院,2019.

[12]袁 野.音樂的動(dòng)態(tài)可視手段在新媒體音樂教學(xué)中的應(yīng)用[D].中國(guó)音樂學(xué)院,2017.

[13]陳炎秋.小學(xué)音樂“可視化”教學(xué)研究與實(shí)踐[D].河北師范大學(xué),2020.

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

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

[16]李文穎.運(yùn)用可視化教學(xué)突破初中物理教學(xué)難點(diǎn)的實(shí)踐研究[D].內(nèi)蒙古師范大學(xué),2016.

[17]曾燕燕.運(yùn)用思維導(dǎo)圖促進(jìn)英語單詞識(shí)記的應(yīng)用研究[D].上海師范大學(xué),2008.

[18]楊俊珂.知識(shí)可視化在小學(xué)語文教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].江蘇師范大學(xué),2012.

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