音樂教育軟件在教學(xué)中的現(xiàn)狀與未來發(fā)展

杭小羽

科技為音樂教育注入了新生活力，音樂教育也為科技提供了發(fā)展空間。從錄音技術(shù)到MIDI技術(shù)、計(jì)算機(jī)音樂，再到VR、大數(shù)據(jù)、人工智能等新型技術(shù)，這一切皆使得科技在音樂教育中的重要性日益漸增。科技不僅在專業(yè)音樂教育中提供輔助，也在學(xué)校音樂教育和社會(huì)音樂教育中發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)技術(shù)與新型技術(shù)的融合，為學(xué)習(xí)者提供了便捷有效的教育與學(xué)習(xí)條件。

在音樂教育中，使用軟件有諸多作用。對于專業(yè)音樂教育而言，軟件是教師和學(xué)生們創(chuàng)作時(shí)必不可少的手段，相比傳統(tǒng)作曲而言，作曲軟件的功能齊全，并且可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)地得到音響效果。對于學(xué)校音樂教育而言，軟件可以成為教學(xué)的載體，教師可以對耳熟能詳?shù)臉非匦屡淦?，根?jù)教學(xué)實(shí)際情況輸出各種調(diào)性的譜例，豐富教學(xué)的趣味性。對于學(xué)前音樂教育而言，軟件提供了音樂類互動(dòng)游戲的功能，使幼兒在輕松愉悅的氛圍下接觸音樂，增強(qiáng)對音樂的興趣。對于社會(huì)音樂教育而言，軟件為不同程度的學(xué)習(xí)者提供了學(xué)習(xí)音樂的輔助方法，使音樂趨于大眾化、普及化。本文就音樂教育軟件的背景、分類、現(xiàn)狀、問題以及未來發(fā)展方向提出了思考。

一、音樂教育軟件的分類

音樂教育軟件已滲透入我們的生活，一些在線陪練軟件、自動(dòng)糾錯(cuò)軟件和虛擬樂器軟件主導(dǎo)了網(wǎng)絡(luò)音樂教育的市場。這些軟件研發(fā)的初衷是為了增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)音樂的興趣和幫助學(xué)生理解音樂。

(一)音樂教育軟件的分類

音樂教育軟件分為：1.音樂啟蒙教育軟件。2.樂器訓(xùn)練軟件。3.視唱練耳、樂理軟件。4.音樂考級軟件。5.和聲、復(fù)調(diào)軟件。6.編曲、創(chuàng)作軟件。

其中，音樂啟蒙教育類軟件有My First Classical Music Book等，器樂類有The One電鋼琴及配套軟件，羅蘭公司的電鼓、電吉他、電古箏等樂器學(xué)習(xí)軟件。視唱練耳、樂理軟件有Ear Training、丹麥皇家音樂學(xué)院開發(fā)的Ear Master、Rising 公司開發(fā)的Auralia 視唱練耳軟件等。用于和聲、復(fù)調(diào)教學(xué)的軟件有Tonica Fugata等。編曲、創(chuàng)作類軟件有Groove Pizza、Band in a box等。

1.音樂啟蒙教育類

My First Classical Music Book是一款適合幼兒音樂啟蒙的軟件，類似一部百科全書，其中有作曲家和樂器的介紹，以音頻和動(dòng)畫結(jié)合的方式為小朋友介紹音樂知識(shí)。

圖1：My First Classical Music Book軟件界面

2.視唱練耳、樂理軟件

英皇考級機(jī)構(gòu)開發(fā)了一系列針對考級的視唱練耳、樂理訓(xùn)練軟件，其中Aural Book和Aural Trainer軟件可以錄入用戶的演唱，并識(shí)別節(jié)奏、音高，從而判斷準(zhǔn)確率。

表1：英皇考級系列軟件

圖2：Aural Book軟件界面

3.創(chuàng)作類

紐約大學(xué)Musedlab音樂實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了許多在線的互動(dòng)式音樂教育軟件。其中一款名為Groove Pizza的在線應(yīng)用可以用來創(chuàng)作不同風(fēng)格的節(jié)奏型?？梢酝ㄟ^構(gòu)建幾何圖形來創(chuàng)作鼓點(diǎn)，有搖滾、爵士、拉丁等風(fēng)格。

圖3：Musedlab軟件界面

4.和聲、復(fù)調(diào)類

Tonica Fugata 是為專業(yè)音樂學(xué)院學(xué)習(xí)四部和聲的學(xué)生所設(shè)計(jì)的，具有一定的專業(yè)性。學(xué)生可以按照四部和聲的規(guī)則在電腦上完成和聲作業(yè)，并可以用MIDI播放效果。另外Tonica Fugata可以找出作業(yè)中的平行五、八度的錯(cuò)誤，以便學(xué)生改正。

圖4：Tonica Fugata軟件界面

(二)音樂教育軟件的優(yōu)點(diǎn)

1.激發(fā)學(xué)生對音樂學(xué)習(xí)的興趣

軟件擁有豐富的視圖和觸發(fā)音效的按鍵，視聽結(jié)合的軟件界面受到學(xué)生們的喜愛。學(xué)生在使用軟件的過程中提升了愉快體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)音樂的動(dòng)機(jī)。

2.增加學(xué)習(xí)的便利

安裝在手機(jī)上的虛擬樂器軟件使學(xué)生可以隨時(shí)隨地觸發(fā)模擬樂器的聲音。樂理軟件提供練耳聽辨、和聲檢查錯(cuò)誤的功能，為音樂專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)和聲、視唱練耳的過程中提供了便利。

3.提升學(xué)習(xí)的效率

一些智能軟件包含了課后輔導(dǎo)練琴和在線陪練的功能，例如，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送課后作業(yè)的功能，課后通過軟件平臺(tái)線上與老師互動(dòng)的功能，發(fā)送練琴的視頻，教師指點(diǎn)錯(cuò)誤等。

音樂教育軟件在音樂教學(xué)中存在著一定的效果，然而由于目前軟件的技術(shù)尚不完善，所以在音樂教育與科技相結(jié)合的過程中存在著痛點(diǎn)。

二、音樂教育軟件目前存在的問題

市場上的音樂教育軟件試圖實(shí)現(xiàn)音樂教學(xué)的智能化，卻在實(shí)現(xiàn)過程中普遍存在以下幾點(diǎn)嚴(yán)重的技術(shù)問題和漏洞，例如軟件的教學(xué)是否真正符合我們對音樂教學(xué)質(zhì)量的需求？是否符合傳統(tǒng)音樂演奏的審美？軟件研發(fā)人員和在線陪練的教師是否接受過專業(yè)音樂訓(xùn)練？軟件的技術(shù)層面是否僅僅停留在簡單的糾錯(cuò)模塊實(shí)現(xiàn)？以上幾點(diǎn)問題應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。下文將分別從技術(shù)與藝術(shù)兩個(gè)層面分析音樂教育軟件存在的問題。

(一)從技術(shù)層面出發(fā)

目前常見的音樂教育軟件的技術(shù)問題主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1.聲音信號采集的反饋延時(shí)問題

糾錯(cuò)軟件普遍存在聲音延時(shí)問題。音樂教育軟件的信號采集方法可分為以下兩種：第一，模擬信號采集；第二，MIDI數(shù)字信號采集。MIDI信號采集穩(wěn)定性較強(qiáng)，然而其技術(shù)難點(diǎn)在于MIDI樂器的研發(fā)。用于MIDI信號采集的樂器上需要安置MIDI接口，例如MIDI鍵盤。因此使用時(shí)具有一定的局限性，不適用于大部分的傳統(tǒng)聲學(xué)樂器。

模擬信號的采集與MIDI信號采集過程分別如下圖所示：

圖5：信號采集過程示意圖

信號采集過程中，無論是MIDI信號采集還是音頻信號的采集，都存在一定的延時(shí)。錄音設(shè)備延時(shí)、信號處理速度緩慢以及軟件反饋的滯后，皆為軟件實(shí)施的過程帶來了諸多不便。在技術(shù)上，延時(shí)問題尚未能被克服，以目前的技術(shù)還無法達(dá)到完全同步。

從音樂聲學(xué)的角度解釋，假設(shè)兩個(gè)聲音先后發(fā)聲，當(dāng)兩個(gè)聲音間隔時(shí)間大于50毫秒，那么人耳對于間隔50毫秒的兩個(gè)聲音是可以辨別的。因此當(dāng)延遲時(shí)間大于50毫秒，人耳便會(huì)感受到聲音沒有同步。在使用某些音樂教育軟件時(shí)，可以明顯地察覺到大于50毫秒以上的延時(shí)，有些甚至達(dá)到了500～1000毫秒的延時(shí)。如果學(xué)生每彈一個(gè)音都有延時(shí)，那么全曲整體的節(jié)奏反饋效果是滯后的。

下圖解釋了音頻信號采集的延時(shí)，以模擬信號采集過程為例：

圖6：軟件中音頻信號采集的延時(shí)分析圖

如果軟件本身的標(biāo)準(zhǔn)就存在問題，那么軟件在矯正節(jié)奏方面是不規(guī)范、非專業(yè)的。當(dāng)學(xué)生使用這類延時(shí)明顯的軟件來練琴時(shí)，軟件節(jié)奏識(shí)別功能是低效的。因此，在音樂教育陪練軟件的研發(fā)過程中應(yīng)該考慮到延時(shí)的問題，研發(fā)者需要在軟件生產(chǎn)之前進(jìn)行測試與校驗(yàn)，至少需要將延遲時(shí)間控制在50毫秒以內(nèi)，才可將其用于音樂教學(xué)。

2.多聲部音高識(shí)別問題

音頻采集技術(shù)的缺陷還體現(xiàn)在多聲部音高識(shí)別問題，許多音樂教育軟件存在著同時(shí)識(shí)別多音的功能障礙，當(dāng)學(xué)生單手演奏簡單的單音時(shí)，軟件可以自動(dòng)識(shí)別該音高，并提示演奏的正確與否。然而，當(dāng)學(xué)生演奏復(fù)合音程或和弦時(shí)，有些軟件卻無法識(shí)別多個(gè)音高，導(dǎo)致和弦錯(cuò)誤的部分無法被識(shí)別。這些軟件在采集音頻信號技術(shù)上還停留在較低的層面，基于手機(jī)系統(tǒng)與平板電腦系統(tǒng)的軟件雖然攜帶方便，卻缺乏精確的音頻信號采樣功能。并且信號采集易受噪音的干擾。音頻采樣的好壞與采樣精度和采樣頻率有關(guān)，手機(jī)自帶的麥克風(fēng)設(shè)備與電腦自帶的聲音驅(qū)動(dòng)設(shè)備采樣率與采樣精度過低，不足以滿足我們對高質(zhì)量音樂的追求。

因此，市場上的音樂教育軟件在矯正錯(cuò)音方面的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到我們的需求。假設(shè)能將為軟件定制一套適用于采集聲音的硬件，例如為其配置小型的麥克風(fēng)和聲卡，或許采集學(xué)生彈琴信號的功能會(huì)精準(zhǔn)，相應(yīng)的多音高識(shí)別問題也可以解決。

(二)從藝術(shù)層面出發(fā)

在藝術(shù)層面上，音樂教育軟件在培養(yǎng)學(xué)生音樂表現(xiàn)力與情感方面存在一些缺陷。音樂學(xué)習(xí)是情感的體驗(yàn)，沒有情感的表演是機(jī)械化的、空洞的。貝內(nèi)特·雷默在《音樂教育的哲學(xué)》中提出了他的觀點(diǎn)：“對音樂作品，要當(dāng)作其自成一個(gè)世界來體驗(yàn)，在這個(gè)音樂的世界里，一個(gè)人所具有的感覺不僅獨(dú)特，而且比其他任何客體來的都更直接，更強(qiáng)烈。[1]”音樂教育軟件在藝術(shù)層面的問題體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1.樂感培養(yǎng)的缺失

音樂表演的維度是多方面的，通常好的音樂表演在演繹樂譜本身的內(nèi)容之外，與樂譜是存在偏離度的。在音樂表演中，常用IOI偏離度來表示速度、力度的偏離。速度、力度完全精準(zhǔn)的表演是不具有表現(xiàn)力和樂感的。而這些科技軟件采集和分析的音樂維度是有限的，訓(xùn)練出的演奏是機(jī)械化的。在學(xué)生表演過程中，一些軟件采集的維度僅有節(jié)奏和音準(zhǔn)，而忽視了其他重要維度。

一些音樂教育軟件訓(xùn)練出的演奏模式是千篇一律的，因此想要在音樂教育軟件上體現(xiàn)出表演的靈動(dòng)性，在技術(shù)上具有很大的難點(diǎn)。

2.個(gè)性化教學(xué)的缺失

第一、目標(biāo)群體偏幼齡化。大部分音樂教育軟件適用于幼齡兒童，對于中等程度與高程度的學(xué)生，較難使其演奏得到進(jìn)一步提升。第二，教學(xué)課件內(nèi)容單一化，每一種軟件采用的是同一套教學(xué)模板，同一套課件，沒有針對性，未考慮到每位學(xué)生思維的獨(dú)特性，無法實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。

3.學(xué)習(xí)效果的局限性

大量的音樂教育軟件是基于Unity 3D和Unreal Engine 4游戲制作軟件來完成視聽互動(dòng)的。由于軟件中的聲音部分也在游戲引擎內(nèi)完成，貼合游戲娛樂的標(biāo)準(zhǔn)，因此缺乏專業(yè)性和嚴(yán)肅性，普遍局限在培養(yǎng)啟蒙學(xué)生的興趣，而無法實(shí)施系統(tǒng)和深入的音樂教學(xué)。

三、音樂教育軟件未來展望

音樂教育軟件的未來應(yīng)該如何發(fā)展？能否在音樂教學(xué)上創(chuàng)新突破？能否將學(xué)生的樂感、音樂情緒等情感體驗(yàn)融入？

目前國內(nèi)市場上的音樂教育軟件，大多數(shù)都是供兒童娛樂的游戲軟件，可以實(shí)現(xiàn)一些簡易的互動(dòng)模塊，但只能作為一種輔助教學(xué)的工具，無法在教學(xué)層面上深入。這些軟件目前無法脫離教師完成整個(gè)音樂教學(xué)，更無法取代音樂教師在音樂教學(xué)中角色的可能性，因?yàn)闄C(jī)器可以完成的內(nèi)容，教師可以完成得更好。音樂教育軟件未來的定位應(yīng)是幫助人們完成人類無法完成的事情，而非試圖取代音樂教師來完成教學(xué)，除非在技術(shù)上有進(jìn)一步的突破。

換一種思維模式，如果我們借助人工智能平臺(tái)，或許能將這些音樂教育軟件提升到更高的水準(zhǔn)。人工智能，又名Artificial Intelligence，指的是研究怎樣讓計(jì)算機(jī)做一些通常認(rèn)為需要智能才能做的事情，又稱機(jī)器智能，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支[2]。在人工智能大環(huán)境下，各行各業(yè)催生了大量的相應(yīng)產(chǎn)品，而音樂行業(yè)也孵化了與人工智能相關(guān)的軟件產(chǎn)品，主要集中在人工智能算法作曲，人工智能音樂教育等。在音樂教育領(lǐng)域中，人工智能的應(yīng)用主要體現(xiàn)在新型智能教學(xué)軟件、音樂硬件設(shè)備的智能化、軟硬件之間的多媒體交互等。

在作曲領(lǐng)域，已有索尼人工智能系統(tǒng)Flows Machines，自動(dòng)創(chuàng)作了模仿披頭士樂隊(duì)風(fēng)格的歌曲《Daddy’s Car》，這背后則是計(jì)算機(jī)通過深度學(xué)習(xí)，對上百萬、千萬音樂數(shù)據(jù)庫進(jìn)行精準(zhǔn)分析后創(chuàng)作的。

筆者認(rèn)為，在音樂教育領(lǐng)域，可以借鑒人工智能作曲的思路。利用計(jì)算機(jī)特有的儲(chǔ)存、運(yùn)算數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，規(guī)避其情感處理的薄弱點(diǎn)，開發(fā)出一個(gè)專門用來預(yù)測音樂學(xué)習(xí)情況的數(shù)據(jù)平臺(tái)，以教師和學(xué)生為教與學(xué)的主體、傳統(tǒng)教學(xué)方法為手段、計(jì)算機(jī)技術(shù)為輔助。計(jì)算機(jī)不必干預(yù)音樂教師的實(shí)際教學(xué)，而是在課前或課后深度分析和預(yù)測學(xué)生彈琴的情況，將量化的數(shù)據(jù)反饋給教師。

可以參考筆者思考設(shè)計(jì)的流程圖：

圖7：筆者設(shè)計(jì)的人工智能輔助教學(xué)流程圖

第一步，采集大量的學(xué)生演奏的樣本集，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)的算法生成AI模型，進(jìn)行預(yù)測，采集的維度不僅需要包含速度、力度、節(jié)奏等基礎(chǔ)的維度，還需要用動(dòng)作捕捉系統(tǒng)和leap motion來采集學(xué)生在三維空間下身體的動(dòng)態(tài)幅度，以判斷演奏是否具有表現(xiàn)力。

第二步，在tensorflow平臺(tái)中分析學(xué)生在學(xué)習(xí)中每一次演奏的進(jìn)步曲線，運(yùn)用算法模型預(yù)測通過某一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠達(dá)到什么樣的水平，將預(yù)測生成的報(bào)告反饋給教師，再使教師對學(xué)生針對某一弱點(diǎn)加強(qiáng)訓(xùn)練，如此循環(huán)。這樣不但可以規(guī)避機(jī)器在樂感、情感上不如人類的缺點(diǎn)，而且可以利用計(jì)算機(jī)相較于人類的優(yōu)勢，例如大量的重復(fù)操作、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析的能力來為音樂教學(xué)服務(wù)。

如能按照這個(gè)思維開發(fā)出一款用來預(yù)測音樂學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的軟件，仍是以教師和學(xué)生為主體，借用傳統(tǒng)教學(xué)模式，計(jì)算機(jī)技術(shù)為次要和輔助，便可為教學(xué)起到錦上添花的作用。未來能否用人工智能的方法提升學(xué)習(xí)反饋的效度和信度，需要我們在實(shí)踐和研究中進(jìn)一步探索。

結(jié) 語

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，音樂教育軟件的普及已成為一種普遍現(xiàn)象和必然趨勢，我們不可否認(rèn)音樂教育軟件的教學(xué)優(yōu)勢，但也必須承認(rèn)這些軟件的提升空間還很大。由于許多軟件開發(fā)人員對音樂的理解不夠，導(dǎo)致做出的軟件空有技術(shù)的成分，忽略了音樂的本質(zhì)，從而誤導(dǎo)了學(xué)生和家長，甚至是人們對音樂教育行業(yè)的理解。所以在軟件開發(fā)的過程中需要大量的音樂專業(yè)人士、音樂教師和音樂理論研究型人才提供指導(dǎo)，我們在使用這些軟件時(shí)也需要經(jīng)過篩選。目前，音樂教育軟件的定位應(yīng)該是在音樂教學(xué)中起到一定的輔助作用，而不能完全取代音樂教師來完成教學(xué)任務(wù)。

科技的進(jìn)步催生了許多音樂教育軟件，我們需要明白，技術(shù)不能替代藝術(shù)。目前音樂教育軟件確實(shí)任重而道遠(yuǎn)，在技術(shù)和藝術(shù)層面都有很大的提升空間。但是未來的音樂教育軟件具有一片光明的前景，人工智能技術(shù)的進(jìn)步也將為音樂教育軟件的應(yīng)用提供更寬廣的道路，為軟件的設(shè)計(jì)提供更好的思路。教育信息化時(shí)代下，科技需要為藝術(shù)而生，為藝術(shù)教育服務(wù)。

注釋:

[1][美]貝內(nèi)特·雷默.音樂教育的哲學(xué)——推進(jìn)愿景(第3版)[M].熊蕾譯.北京:人民音樂出版社,2011:133.

[2]http://h.bkzx.cn/.