申大山

《晉書·樂(lè)志》說(shuō)：“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(ài); 聞其徵聲，使人樂(lè)養(yǎng)而好使；聞其羽聲，使人恭儉而好禮?！弊阋哉f(shuō)明音樂(lè)中的“五音”能對(duì)人們產(chǎn)生積極作用。音樂(lè)是一種語(yǔ)言，可以深入內(nèi)心，很難想象沒(méi)有了音樂(lè)的世界會(huì)變成什么樣子。在信息時(shí)代，電子樂(lè)器的出現(xiàn)大大擴(kuò)展了音樂(lè)的種類。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和更新?lián)Q代，電子樂(lè)器的制作難度也大大降低，對(duì)于中學(xué)生而言，借助簡(jiǎn)單電路與編程制作電子樂(lè)器已經(jīng)是觸手可及的事情。本項(xiàng)目以創(chuàng)意電子樂(lè)器為主題，綜合運(yùn)用樂(lè)器發(fā)聲知識(shí)與編程技術(shù)，使用Arduino 開(kāi)源硬件進(jìn)行電子樂(lè)器的設(shè)計(jì)與制作，提升學(xué)生的合作能力、跨學(xué)科解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新精神。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目以創(chuàng)意電子樂(lè)器為主題，綜合運(yùn)用知識(shí)與技術(shù)，使用Arduino 開(kāi)源硬件進(jìn)行電子樂(lè)器的制作。項(xiàng)目注重學(xué)生電子樂(lè)器的創(chuàng)意生成、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，全面提升學(xué)生跨學(xué)科解決問(wèn)題的能力。通過(guò)了解不同種類的樂(lè)器，引導(dǎo)學(xué)生思考電子樂(lè)器的應(yīng)用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)理念；學(xué)習(xí)Arduino 單片機(jī)的使用方法、利用蜂鳴器發(fā)聲；通過(guò)觸摸檢測(cè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)人體觸碰識(shí)別功能，為創(chuàng)意的實(shí)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(lè)器外觀，組裝制作成品，并進(jìn)行演奏測(cè)試，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電子樂(lè)器的功能進(jìn)行改進(jìn)與調(diào)試，最后對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)化迭代，提高學(xué)生的信息分析能力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)批判性思維和創(chuàng)新思維。

項(xiàng)目分析

本項(xiàng)目主要針對(duì)中學(xué)生和具備一定編程知識(shí)基礎(chǔ)與動(dòng)手能力的學(xué)生設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，在使用過(guò)程中，可以針對(duì)不同學(xué)生設(shè)定不同的項(xiàng)目目標(biāo)，重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)能力和解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，并嘗試引入新技術(shù)（激光切割、3D 打印）的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)，提升學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和物化能力。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，除了完成項(xiàng)目?jī)?nèi)容本身，同時(shí)重視解決問(wèn)題形成的路徑對(duì)設(shè)計(jì)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(shí)在生活中的應(yīng)用。對(duì)于不同層次的學(xué)生，其項(xiàng)目活動(dòng)的開(kāi)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(shí)際情況靈活調(diào)整，編程可改換為圖形化編程。項(xiàng)目實(shí)施擴(kuò)展性強(qiáng)，從最簡(jiǎn)單的紙上鋼琴，到手工制作的立體樂(lè)器，再到通過(guò)先進(jìn)加工技術(shù)制作電子樂(lè)器產(chǎn)品，都可以根據(jù)硬件條件與課時(shí)安排實(shí)施。

項(xiàng)目實(shí)施

任務(wù)1：電子樂(lè)器初探

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

任務(wù)2：Arduino 電子樂(lè)器技術(shù)

引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料， 了解常用的開(kāi)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的音符發(fā)音練習(xí)：外接1 個(gè)蜂鳴器或壓電陶瓷喇叭，通過(guò)編程控制喇叭發(fā)出523 Hz 的聲音，對(duì)應(yīng)高音Do的發(fā)聲。指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)修改程序迅速完成音樂(lè)發(fā)聲部分的制作，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)自動(dòng)彈奏歌曲的功能。指導(dǎo)學(xué)生熟練掌握Arduino 的操作技能，實(shí)現(xiàn)與人交互，即檢測(cè)人的特定動(dòng)作然后發(fā)出對(duì)應(yīng)音符。引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)外接按鍵開(kāi)關(guān)、溫度傳感器、激光傳感器等多種傳感器實(shí)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(lè)器創(chuàng)新設(shè)計(jì)

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已掌握的電子樂(lè)器知識(shí)與技能，尋找合適的應(yīng)用場(chǎng)景，明確限制因素，針對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)學(xué)生突破原有樂(lè)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(lè)器結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)單人構(gòu)思，初步完成1 份設(shè)計(jì)方案，然后組內(nèi)討論所有成員的設(shè)計(jì)方案，綜合分析優(yōu)缺點(diǎn)，互相參考設(shè)計(jì)理念，形成小組方案，并在紙上或電子文檔上通過(guò)合理的繪圖方式展現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。引導(dǎo)學(xué)生展示小組設(shè)計(jì)方案，通過(guò)質(zhì)疑、可行性分析等環(huán)節(jié)后，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成最終的電子樂(lè)器設(shè)計(jì)方案。

任務(wù)4：創(chuàng)意樂(lè)器制作與優(yōu)化

指導(dǎo)學(xué)生按照小組設(shè)計(jì)方案，利用木板、瓦楞紙板、KT 板、硬紙板等材料和工具制作個(gè)性化電子樂(lè)器；指導(dǎo)學(xué)生對(duì)電子樂(lè)器的發(fā)聲功能進(jìn)行測(cè)試，調(diào)試發(fā)聲效果，反復(fù)驗(yàn)證，優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(kāi)源函數(shù)readCapacitivePin（） 設(shè)計(jì)不同的琴鍵音調(diào)。通過(guò)電容式人體觸摸檢測(cè)的方式，產(chǎn)生電容變化，經(jīng)Arduino識(shí)別后控制喇叭發(fā)聲，實(shí)現(xiàn)電子紙上鋼琴發(fā)聲。

任務(wù)5：演奏展示與評(píng)價(jià)

組織學(xué)生開(kāi)展成果展示活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生在舞臺(tái)上演奏自己的電子樂(lè)器；鼓勵(lì)學(xué)生闡述電子樂(lè)器的設(shè)計(jì)理念，分享電子樂(lè)器設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中的故事和心得。組織學(xué)生從電子樂(lè)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、美觀性、創(chuàng)新性、演奏效果等方面展開(kāi)評(píng)價(jià)；鼓勵(lì)學(xué)生從參與程度、團(tuán)隊(duì)合作、表達(dá)能力等方面開(kāi)展自評(píng)和互評(píng)，總結(jié)并反思項(xiàng)目過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。