试论动态可视化在音乐教学中的应用

邓紫芯 王 芳

动态可视化手段是可视化的一种，与静态可视化相对，具有视觉性、互动性、实时性等特征。动态可视化广泛地应用于计算机领域，但应用于音乐教育领域甚少。音乐教育实习时，在课堂教学的研究和实践中产生的诸多问题促使笔者对动态可视化教学手段的应用产生浓厚的兴趣。

一、动态可视化教学的缘起与应用现状

(一)溯源与发展

可视化作为专业术语最早由B.H.McCormick[2]提出，可视化的种类一般分为数据可视化、信息可视化、知识可视化三种。Chen Min等学者[3]讨论了三种可视化类型的联系及相互转化程序等。可视化教学应用非常广泛，从国外现有研究来看，其应用领域涉及机器[4]与科学[5]的教学、自主学习[6]的学习方式等方面。关于音乐可视化的研究很少，以Music visualization[7]这篇会议文章为主，其主要研究听者对于曲调速度的感受，用图片这一静态可视化的形式表示。而关于音乐教学可视化的文章，国外目前还未查询到。由此可见，国外对于可视化的研究起始于1988年，逐渐呈现系统化、体系化的发展趋势，学科跨度较大，但关于音乐可视化的研究较少。

在国外研究的基础上，吴少岩等学者的《科学计算可视化》[8]和黄朝晖等学者《数据可视化技术及现状》[9]两篇文章，是国内最早关于可视化的研究。关于音乐可视化方面的研究国内较国外更具体，自1997年李霞等人在青岛大学学报发表《关于音乐可视化的研究——声音格式到音乐格式的转换》[10]一文后，音乐可视化相关的研究层出不穷。梁晓晶提出音乐信息可视化，包括乐谱、物理震动、声光类交互系统、影像、统计图及数学模型等形式，并分别进行了案例研究。该文章从音乐信息可视化的性质以及与其它学科交叉的角度，为音乐研究、音乐教学提供了新的视角，证实了音乐信息可视化的可行性。[11]袁野将可视化技术运用于音乐课堂。在文中作者系统地论述了静态可视化的发展历程，分析了视觉能够对听觉起到辅助作用的原理，并根据音乐与新媒体技术相结合的方式及其应用场景分类，提出了音乐与动画、音乐声音的实时可视化、音乐游戏和虚拟现实中的可视化等动态方式。[12]陈炎秋将可视化应用于小学音乐课堂，文中她主要关注图示、图像等静态可视化教学，并结合教学案例，提出可视化教学有助于提升教师的教学能力、激发学生学习兴趣、加强师生交流等结论。[13]

综上所述，关于可视化的研究起始于20世纪末，静态可视化已被广泛运用于教学领域。但在音乐教学领域尚未引起足够的关注，尤其是动态可视化教学。

(二)概念定义

Visualization in scientific computing中首次将可视化的作为专业术语提出，其中可视化的定义是：“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]其中文含义为：“可视化科学可以通过附带的分类图来定义。图像和信号可以从摄像机或传感器中捕获，通过图像处理进行转换，并以图形形式呈现在硬拷贝或软拷贝输出上。”目前，对可视化的一般定义为：可视化是一种使复杂信息能够容易和快速被人理解的手段，是一种聚焦在信息重要特征的压缩语言，是可以放大人类感知的图形化表示手法。[15]现在可视化已不再局限于计算机领域，被广泛地应用于我们的生活中，例如：纵横交替的街道由地图来展现；音乐的音高和节奏由乐谱来记录；复杂的知识点由思维导图来梳理……

动态可视化是可视化的一种表现形式，与静态可视化相对，表示可视化的图像会随时间而改变，呈现视觉化、互动性、实时性的特点，例如：在电影院里，电影开始前的文明宣传短片，告知观众电影院中的不文明行为；在温度计上，水银的高度会随着温度的变化而变化，其表达的主要信息就是温度的变化；在手机的录音机软件中，可以根据人声的变化，实时生成频率图像，放大人们对声音频率的感知……由此可见，动态可视化能够达到吸引观众注意力、容易被人接受、生动准确传递信息、实时反馈变化的效果。

(三)应用现状

可视化在教育中的应用很广泛，在物理学科中，李文颖运用绘制归纳图、构建学习情境等可视化教学手段将难以理解的知识和隐性思维形象具体化，学生通过“画”题而非“做”题分析、应用知识，从而学会思考、解决难题[16]；在英语学科中，以曾燕燕的研究为代表，利用思维导图的结构与单词之间的联系，设计了五种思维导图帮助单词识记，包括：精密图、辐射图、等级图、链式图和图解式[17]；在语文学科中，杨俊珂讨论了思维导图、概念图，在教学实践中让学生自己绘制思维导图，起到锻炼发散性思维的作用[18]；在音乐学科中，李志宇设计了旋律线、图形谱、肢体律动、图片、音乐剧等可视化方式，让学生直观地感受音乐，激发学生对旋律和节奏的感知。[19]

综上所述，可视化广泛适用于文、理、艺术等学科的教学实践，证明可视化教学能够辅助学生对知识点的理解与记忆，并锻炼了学生的学习能力。但可视化教学起步较晚，且目前主要局限于图片、思维导图等静态可视化的表现形式。

二、动态可视化教学的具体手段

(一)录音机——实时记录声音的频谱图

录音机是记录声音的软件，在记录声音的同时会显示频谱图。录音机收录了人声，根据人声的力度、时值，绘制频谱图。在频谱图中，横轴代表时间，纵轴代表音量的大小。人声的时值越长，其横轴就越长；声音力度强，其纵轴就长。随着人声与时间的变化，频谱图能进行实时记录与显示。

录音机具有实时性，能够随时记录课堂上的声音，在课堂上使用非常便利。同时，录音机具有图像化功能，将看不见摸不着的声音变成图像，这样师生可以根据图像对声音进行力度、时值上的分析，便于学生理解教师所讲解的各区域作品处理细节，并起到非常好的教学反馈作用。录音机所显示的频谱图具有直观性，其纵横坐标的形式，类似于数学坐标系的图表形式，学生能够将音乐课程与数学知识相融会贯通，一目了然。

(二)库乐队——丰富多彩的音色库

库乐队是音乐创作软件，由iOS系统支持。它有非常庞大的声音资源库，仅仅一个软件就可以体验大部分乐器的音色和风格。节拍音序器是库乐队的功能之一，可以对鼓点、碰铃等乐器的合奏进行设计，甚至加上拍手动作。

库乐队丰富的音色可以打破现实中课堂乐器种类有限的壁垒，将传统与现代、古典与流行甚至是电子音乐带到音乐课堂，丰富小课堂的乐器种类，新奇的乐器也能吸引学生的注意力。库乐队中的节拍音序器，能够根据教学需求，选择教材要求的乐器，制作与教学相匹配的音频作品，从而解决教师不能同时演奏多种乐器的问题，并给学生可重复聆听、仔细对比的教学示范。

对数据进行分析时使用SPSS 20.0统计学软件，以[n（%）]表示计数资料，使用 χ2检验，以（±s）表示计量资料，采用t检验，多组间的比较采用F检验，进行Pearson相关分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

(三)THE ONE钢琴教室——动态音符的钢琴游戏

THE ONE钢琴智能教室，是智能钢琴教室的领先者，并得到钢琴家郎朗的支持。在这个智能钢琴教室中，教师的电钢琴和电脑作为主导，一个电视显示屏进行授课，每个学生都配备电钢琴和电脑。其教学过程分为三个部分，课前准备、演奏和考核。课前准备部分包含：小故事、乐理知识、乐曲示范。演奏部分包括：卡拉演奏、乐曲示范、乐谱演奏、乐谱PK等十个环节。考核部分包含：演奏、乐理、听力。三种演奏钢琴的画面：第一种是卡拉演奏模块，屏幕显示单个的音符和钢琴键盘，音符以花朵的形式落下，达到指定位置，便进行演奏，钢琴键盘会根据演奏正误分别显示绿色或红色；第二种是乐谱演奏模块，屏幕显示单行谱面和钢琴键盘，谱面根据旋律发展移动，当音符移动到蓝色光线的地方时便演奏，谱面和钢琴键盘会根据演奏情况进行相应的变色；第三种是考核演奏模块，屏幕完全展示钢琴谱，根据旋律发展移动蓝色光线。

THE ONE钢琴教室的三种演奏形式，都运用了动态可视化教学手段，将音符变成花朵、将节拍变成蓝色光线、乐谱根据所演奏旋律进行片段化的展示，这些都使钢琴教学不再抽象，学生弹钢琴就如玩游戏一般简单。该课程的PK环节能有效激发学生的好胜心，其演奏速度有慢、中、快的循序渐进，同时兼顾了竞争性和科学性。学生在一遍遍的演奏中不知疲倦，又因竞争而做好每一次演奏，在不断地反复和增加难度中熟练、踏实地掌握钢琴曲的演奏。

(四)动画——音乐化的剧情发展

动画的形象设计具有条理化、秩序化的特点，易于被学生识别和接受，便于形成概念与记忆。优秀的动画公司为适龄学生带来了各式各样的动画角色和剧情，能够满足不同年龄段学生的需求，传播于学生之间并频繁地被教师运用于教学之中。动画作为优秀的视觉形式，伴随着大多数学生度过业余时光。一些制作优良的动画能够直接运用于音乐课堂，比如《猫和老鼠》里的“猫之协奏曲”片段、《蓝色狂想曲》等。动画中以人物动作、剧情发展等方式表现出音乐的魅力，从视觉上丰富了音乐表现力。因此动画广泛地受到学生的喜爱，能够集中学生的注意力，达到在玩中学的效果。

动画作为一种现成的动态可视化教学手段已被广泛应用，除此之外教师还可以运用Flash进行制作符合教材的动画。Flash是多媒体软件平台，一般指Adobe Flash。这是一个二维动画软件，用于设计和编辑Flash文档，在Adobe Flash Player上播放Flash文档。其素材丰富、可操作性强，一般用于制作动画，广泛应用于媒体领域。Flash应用于教学领域，则可以根据教学需要创造个性化的动画，使动画与教学要求完全匹配，达到看完动画即完成教学的效果。

三、动态可视化教学在音乐课堂的使用建议

(一)巧用动态可视化教学手段，切忌喧宾夺主

使用动态可视化教学手段的时机很重要，音乐过于抽象，学生无法理解知识点时，动态可视化教学手段能够起到以视觉辅助听觉，达到直观的效果，从而提高教学效率。动态可视化教学手段可以用于课堂导入环节和拓展延伸环节，它们分别处于整堂课程的初期与末期，初期时学生未完全集中精力于教学活动中，用动画视频吸引学生的注意力，末期时用视频巩固课堂知识或了解同类型的音乐作品。动态可视化教学打破了课堂内乐器有限的壁垒，在感受乐器音色、不同音乐流派、地域风格的时候，运用库乐队能起到实时与交互效果。

在音乐课堂中，动态可视化教学手段不能成为主要教学手段。音乐是听觉的艺术，音乐教学以聆听、演唱、演奏等形式为主要教学手段，也是音乐审美的重要形式。如果学生在课堂上过多看视频、依赖应用软件，忽视音乐本身，则是本末倒置。

(二)建立动态可视化教学数据库，丰富教学资源

音乐教学中会运用很多教学视频资源，通过收集高质量、符合学情的教学资源，建立动态可视化教学手段的数据库，丰富课堂教学资源。建立数据库需要注意切合教学内容，以教材中的音乐作品为依据，提高实用性；符合学生年龄，音乐教学的对象范围从幼儿园至高校甚至社会，年龄跨越大，不同年龄段的学生对音乐的偏好、理解能力差异大；及时更新库内资源，网络时代信息传播迅速、动态可视化软件层出不穷、音乐人才创作质量高，数据库内资源在保留经典作品的同时，要增强时代性，起到实时传播优质作品的作用。

(三)研发设计动态可视化动画，形成教研特色

网络上的视频绝大多数是根据作者个人兴趣和时事热点进行创作，完全切合音乐课堂教学的动态可视化内容较少。若每个音乐教师要依照教学内容设计并制作视频，需要考虑学生的学情与年龄阶段、了解并掌握最新的音乐知识、练习操作Flash等视频制作软件。这会消耗教师大量精力去学习、设计与制作，而更少关注音乐本身的教学。笔者建议，可以将研发动态可视化动画作为教研组的任务或课题，教师之间进行分工合作，整体把握学生认知发展程度、教材内涵、音乐发展前沿等，能够熟练操作信息技术手段的教师进行制作，再将最后的成品分发给教该课程的教师，作为课堂教学的一部分。该流程可增强动态可视化动画的科学性与普适性，推广并普及动态可视化教学，提高教研组的科研能力，塑造音乐学科特色。

注释:

[1]洪文学,王金甲.可视化和可视化分析学[J].燕山大学学报,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).

[6]Knowledge Visualization for Self-Regulated Learning[J]. Journal of Educational Technology & Society,2011,14(3).

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

[8]吴少岩,李晓梅,吴健安.科学计算可视化[J].计算机工程与科学,1993(02):32—38.

[9]黄朝晖,李晓梅.数据可视化技术及现状[J].计算机工程与科学,1993(02):39—43.

[10]李 霞,刘 征,刘遵仁,邵峰晶.关于音乐可视化的研究——声音格式到音乐格式的转换[J].青岛大学学报(自然科学版),1997(04):68—72.

[11]梁晓晶.音乐信息可视化研究[D].中国音乐学院,2019.

[12]袁 野.音乐的动态可视手段在新媒体音乐教学中的应用[D].中国音乐学院,2017.

[13]陈炎秋.小学音乐“可视化”教学研究与实践[D].河北师范大学,2020.

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

[15]洪文学,王金甲.可视化和可视化分析学[J].燕山大学报,2010(02):95—99,105.

[16]李文颖.运用可视化教学突破初中物理教学难点的实践研究[D].内蒙古师范大学,2016.

[17]曾燕燕.运用思维导图促进英语单词识记的应用研究[D].上海师范大学,2008.

[18]杨俊珂.知识可视化在小学语文教学中的应用研究[D].江苏师范大学,2012.

[19]李志宇.“可视化音乐教学方式”在小学课堂中的应用与研究[D].华中师范大学,2019.