基于樂器設(shè)計(jì)與制作的高中通用技術(shù)STEAM課程模式初探

南星

【中圖分類號】G633.67 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）46-0157-02

STEAM教育理念，可以解決技術(shù)教育、藝術(shù)教育與升學(xué)考試學(xué)科相結(jié)合的問題。目前的很多STEAM課程都是基于某一學(xué)科，其它學(xué)科為輔助進(jìn)行的整合。作為一名通用技術(shù)教師，我要做的是多個學(xué)科并重的STEAM課程，讓學(xué)生真正體會到“學(xué)以致用”，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)看問題。

在STEAM中，A看上去似乎只能起到錦上添花的作用。其實(shí)不然，A才是無處不在的精靈，S、T、E、M，每一項(xiàng)做到極致，都離不開A。

以往的A，大多是對項(xiàng)目進(jìn)行美化，增強(qiáng)趣味性和表現(xiàn)力。本文將從樂器設(shè)計(jì)與制作的角度對STEAM課程進(jìn)行探索。

一、Mathematics——音樂屬于藝術(shù)范疇，但是它與數(shù)學(xué)知識密不可分。

我們可以聽到的音高變化、不同音色，樂器的尺寸、音孔距離或琴弦長度，都和數(shù)學(xué)有著非常密切的關(guān)系。音符的頻率，都可以通過數(shù)學(xué)公式計(jì)算出來。

音調(diào)的高低是由振動頻率決定的。歷史上有很多種計(jì)算音調(diào)的方法。比如三分損益律、純律、五度相生律、十二平均律等。

現(xiàn)代西洋樂器，主要以十二平均律來定音。比如標(biāo)準(zhǔn)音A的頻率為440Hz；中央C的頻率為261.63Hz，如表1，八度音之間頻率是2倍的關(guān)系……

十二平均律是指，將一組音按照等比數(shù)列的原理分成12個半音，公比為2。

二、Science——最直接的就是物理學(xué)、生物學(xué)。

高中物理學(xué)中機(jī)械振動和機(jī)械波是聲學(xué)的基礎(chǔ)。人聲、樂器聲，以及自然界的一切聲音，都可以用振動和波的知識來研究。對于樂器來說，不同材料的振動不同，音色也不同；人的聲帶振動、人體的共鳴腔、以及人的聽覺特性；自然界的風(fēng)雨聲、蟲鳴聲，都是物理學(xué)問題，同時也涉及生物學(xué)。在這里，我主要討論聲學(xué)樂器的物理學(xué)問題。

各種樂器，都是由于產(chǎn)生駐波而發(fā)聲的。為得到最強(qiáng)的駐波，弦或管內(nèi)空氣柱的長度L必須等于半波長的整數(shù)倍，如圖1。

根據(jù)發(fā)聲體和發(fā)聲方式不同，可將中國樂器分為：體鳴樂器、膜鳴樂器、氣鳴樂器、弦鳴樂器等；西洋樂器分為：弦樂器、木管樂器、鋼管樂器、鍵盤樂器、打擊樂器等。

1）吉他屬于弦振動樂器，它的發(fā)聲過程是：手撥琴弦，琴弦振動，傳給下馬，再傳給面板和共鳴箱，聲音在共鳴箱內(nèi)混合放大，通過音孔發(fā)出，如圖2。

一般的吉他有6根弦。相同長度的情況下，弦越粗，音調(diào)越低；弦越細(xì)，音調(diào)越高。同一根弦，弦越長，音調(diào)越低；弦越短，音調(diào)越高。

吉他琴頸上的品絲，就是用來定音高的，而品絲的定位，又是通過數(shù)學(xué)方法計(jì)算出來的。

設(shè)弦總長L0，空弦頻率f0，空弦波長λ0，品長ln，頻率系數(shù)為k=2

可見，當(dāng)弦長為空弦的一半時，頻率變?yōu)樵瓉淼?倍，即定為12品，如表2。

同時，琴頸上的泛音標(biāo)記，恰好是琴弦的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6等的位置上。

2）其他樂器發(fā)聲

像吉他一樣，只要是有音高變化的樂器，往往在尺寸上都有變化。

管類樂器，由不同的激勵方式帶動管內(nèi)空氣柱振動，通過各種機(jī)件改變空氣柱長度、振動強(qiáng)度和持續(xù)時間，來實(shí)現(xiàn)音高、聲強(qiáng)、音長的變化。包括各類笙管笛簫、木管、銅管等，其中激勵源有邊棱、簧片、吹奏者的嘴唇。

風(fēng)琴類樂器，將氣流送入不同的發(fā)音孔，帶動簧片振動發(fā)聲。包括管風(fēng)琴、口琴、腳踏風(fēng)琴、手風(fēng)琴……

打擊類樂器，通過敲擊發(fā)聲。包括無確定音高的鑼、大鼓、镲、響板等，和有確定音高的定音鼓、馬林巴、鐘琴、編鐘等。

三、Technology——樂器演奏和樂器加工，都需要技術(shù)。

有的樂器是用單一材料制成的，有的則是用多種材料制成的零部件組成的。不同材料的加工工藝不同；不同時期、不同條件下，工藝水平也不同。比如皮革用刀、剪；木材用鋸、銼；原來純手工，現(xiàn)在手工加機(jī)械，甚至完全自動化。

通過技術(shù)操作，可以讓學(xué)生掌握基本的工具使用方法，養(yǎng)成良好的操作、清理習(xí)慣，提高安全意識、節(jié)約意識，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作能力。

四、Engineer——樂器的設(shè)計(jì)、制作、檢測等等，是一整套工程問題。

做任何一件事，都不像解物理、數(shù)學(xué)題那樣單純，即使題目中給你設(shè)置了一個非常復(fù)雜的情境，那終究還是一道題。而現(xiàn)實(shí)問題，往往是一項(xiàng)工程。需要考慮很多，比如研究原理，弄清現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)解決方案（包括草圖、技術(shù)圖樣、人員分工、工具設(shè)備選擇、工藝流程設(shè)計(jì)等），施工，評價改進(jìn)等等。這些都有利于學(xué)生工程思維及領(lǐng)導(dǎo)力的提高。

五、Arts——樂器的藝術(shù)表達(dá)與展示。

在樂器的設(shè)計(jì)過程中，除了要滿足原理、繪制圖樣、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和功能之外，也要有漂亮的外觀、關(guān)心歷史文化，還要進(jìn)行表演、匯報(bào)，留下文字、音像資料。其中表演仍是一個與藝術(shù)相關(guān)的工程問題，除了要演奏音樂，還要考慮表演者的服裝、動作，舞臺燈光、演員調(diào)度、樂器拾音……

綜上所述，樂器的設(shè)計(jì)與制作，涉及大量的科學(xué)、技術(shù)、工程、人文藝術(shù)、數(shù)學(xué)方面的知識與能力的培養(yǎng)，是綜合度非常高的STEAM理念下的教學(xué)載體。它的作用體現(xiàn)在：

1）將多門學(xué)科的知識落實(shí)到應(yīng)用上，讓學(xué)生體會到知識是有用的，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)知識的動力，提高學(xué)習(xí)興趣；2）讓學(xué)生體會到現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性、綜合性、有趣性和合理性；3）增強(qiáng)學(xué)生的合作能力、表達(dá)能力、創(chuàng)造力；4）展現(xiàn)學(xué)生的個性。