章红 大学本科学历，江苏省南通市海安县开发区实验学校教师，上湖创客空间负责人。南通市信息技术中心组成员，曾担任江苏省教学新时空嘉宾，参与省级考试命题。2017年江苏省信息技术基本功大赛一等奖，南通市信息技术优课评比、基本功评比、信息化教学能手一等奖。

设计依据

苏霍姆林斯基提倡“做中学，玩中学，生活中学”，创客教育正是与之契合的一种教育方式，倡导造物，鼓励分享，培养学生多学科解决问题的能力。本项目希望从了解乐器的发声原理出发，利用传感器制作乐器，让学生在研究制作的过程中，发挥自己的创造力，感受人工智能带来的乐趣。

课例特色

本项目经历探究乐理—外形设计—硬件搭建—程序调试—作品发布的过程，制作出各种外形独具特色的乐器（如图1）。设计中运用了美术、音乐、数学、信息技术等多学科知识，利用Makeblock主控、超声波传感器等实现乐器的制作，是创客教育的典型案例，深入体现了STEAM教育理念，训练了学生的算法思维，丰富和提高了其想象力和创造力，培养了学生的核心素养。

内容呈现

一、创意来源

一曲《春江花月夜》箫声悠扬，让学生感受到乐曲的魅力，引发对乐器原理的探究。俗话说“五年笛子十年箫”，我们能不能自己制作出乐器来演奏乐曲呢？以此激发出学生自制乐器的兴趣和动力。
教师提示学生，可以利用Makeblock主控和不同的传感器结合程序编制，制作出个性化的乐器，实现大家的音乐梦，亲自感受那跳动的音符。

二、框架及特征规划

自制乐器这一项目中，涉及STEAM教育中的S（科学）、T（技术）、E（工程）、A（艺术）、M（数学）。整个项目分为两大部分：外形设计和软硬件配置。外形设计就是学生利用各种材料自己设计出乐器的外形；软硬件配置是指如何在外形上巧妙地放置硬件设备，然后利用编程让一串串音符跳动起来。

自制乐器的主要特征：1.外形独特具有个性；2.可以演奏音乐。

三、项目制作实践

1.策划分工

通过查阅资料，根据小组个人特长，结合项目框架，各小组进行分工：外形设计队、电子设计队、乐曲展示队。外形设计队负责自制乐器外形和琴键设计制作；电子设计队负责硬件搭建和程序编制；乐曲展示队负责演奏展示。

2.小组准备

小组内各分队依据分工安排，准备好所需的工具和器材。外形设计队需要使用KT板制作外形轮廓，使用彩纸和彩笔装饰外形；电子设计队需要准备Makeblock主控、超声波传感器和电源；乐曲展示队需要准备乐谱。

3.箫的发声原理和超声波传感器原理剖析

箫是中国的一种古老乐器。它其实是中空的竹子，顶端是吹孔，在吹奏的时候，箫内的空气柱震动，就发出了声音。箫的身上有按孔，按孔可以调节箫内空气柱的长短，所以我们在吹箫的时候，箫内会形成不同长短的空气柱，空气柱长短不同，产生的音调也不同。

超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波传感器可以检测出与前方障碍物之间的距离。

自制乐器这一项目就是利用琴键距离远近的不同来演奏音乐。

4.乐器外形设计

这个环节需要美术教师指导学生，从而设计出独特的乐器外形。教师先让学生在网上查找自己喜欢的外形轮廓和图案，进行草稿设计。在小组内讨论定稿后，在KT板上进行绘制，然后利用美工刀进行裁剪。

外形轮廓设计完毕后，与电子设计队讨论决定琴键间隔距离，根据距离设计琴键，然后美化乐器外形。

5.实现乐器设计

（1）理解制作原理

结合已有知识基础，教师指导学生理解并画出硬件系统的原理图。

通过理解原理图，熟悉自制乐器的硬件系统接线路径，方便学生对照进行硬件搭建。

（2）搭建硬件系统

指导学生认识Makeblock主控、超声波传感器，了解各个接口的作用和功能，根据原理图和主控器端口的颜色进行传感器连线，依次连接电脑和小音箱。注意提醒学生看清端口，避免接错损坏硬件（如图2）。然后将超声波传感器、主控器和电源粘到设计好的外形KT板上。

（3）编制乐器程序

①小试牛刀——理解脚本

教师发送初始程序，小组内分析脚本，理解其作用。（如图3）
 

学生讨论分析后得出结论：1.超声波传感器的接口要设置准确。比如初始程序中，超声波传感器的端口接在接口3；如果是超声波传感器接在别的接口，就需要改到对应的接口，否则脚本设置错误，无法检测距离。2.将超声波传感器测得的数据进行四舍五入，是为了方便在演示窗口观察。3.为了方便程序引用，设置了“数值”这一变量为四舍五入后超声波传感器测到的数值。4.可以单击音符后面的选择框，利用琴键选择对应的音符。5.“拍”前面的输入框可以输入节拍数值。6.需要根据自己设计的琴键设置“数值”区间值弹奏音符“53”（F调哆）。

②触类旁通——编制音阶脚本

通过搭建“哆”的脚本，学生修改距离区间，完成其他6个音符的脚本搭建。（如图4）

6.测试程序调试乐器

一个音阶的程序编制完成后，学生跃跃欲试，这时教师出示《小星星》简谱，让学生进行练习。学生兴趣浓厚，并对脚本中可能出现的问题进行了修正，真正理解了脚本的含义和搭建的方法。最终，一曲美妙的《小星星》在耳边响起，这是由学生利用自己制作的乐器弹奏出的华丽乐章。

7.挑战自我

出示《春江花月夜》乐谱（如图5），让学生哼唱，观察前4个小节，设问：如果用刚才制作的乐器弹奏是否能实现？学生总结发现：（1）乐谱多出了2个音符，琴键和脚本必须要增加对应的部分。（2）乐谱中的节奏不统一，小组内演奏无法完成，可能需要多组合作。

针对多出的2个音符，根据前面琴键间隔再画出2个琴键，并且添加如下脚本（如图6）。为了适应节奏的变化，建议小组间多次配合练习，每组负责一个音符的弹奏，经过几轮磨合，能将《春江花月夜》初步弹奏出来。

实践反思

自制乐器项目的开展，源自学生对音乐的喜爱，对开源硬件奥秘的探究，将创意实现的动力。在项目开展过程中，学生做中学，玩中学，生活中学，学习并运用多学科知识，体验并实现了生活中的人工智能设备。这种项目的开展有利于培养学生核心素养的全面发展。

拓展提升

1.分析传感器工作原理，除超声波传感器外，还可以使用哪些传感器实现自制乐器的功能？
2.课堂中实现了琴声，如何能实现其他音色，从而可以组建电子乐队？
3.本项目实现了生活中的人工智能，是否还有其他类似可开展的项目？

教学点评

项目化学习方式是目前比较流行的教学方式之一，本节课将信息技术与音乐紧密地联结在一起，利用数字化手段，挖掘学生的美术天分，运用数学思想，解决现实中的问题，带领学生体验人工智能，实现创意。其中程序设计教学利用了可视化编程，注重培养学生的计算思维。整个项目的开展，培养了学生的团队协作能力，让学生掌握了解决问题的过程和方法，培养了学生的核心素养，值得作为信息技术教育者的我们去研究和探索。（点评人：郑明达，江苏省南通市海安县教师发展中心信息技术教研员）