鋼琴在線教育智能化的一些設(shè)想——對(duì)兩種美國(guó)在線教育模式的比較和基于“UI PIANOPED”項(xiàng)目的智能化探索

文/ 黃河清

在“互聯(lián)網(wǎng)+”“AI+”的國(guó)家戰(zhàn)略下，國(guó)內(nèi)關(guān)于鋼琴教育的智能化研究駛?cè)肓恕翱燔嚨馈?，目前已有文獻(xiàn)分析國(guó)內(nèi)某些教學(xué)陪練軟件，而分析國(guó)外同類產(chǎn)品的研究還較少。本文將利用幾款美國(guó)主流的鋼琴教學(xué)App來(lái)分析國(guó)外兩種不同的鋼琴在線教育模式，總結(jié)其優(yōu)勢(shì)與不足；并在調(diào)查分析一線鋼琴教師的需求后，以愛(ài)荷華大學(xué)音樂(lè)學(xué)院的 “UI PIANOPED” 項(xiàng)目為基礎(chǔ)，提出一項(xiàng)智能化解決方案。

一、美國(guó)的在線鋼琴教育產(chǎn)品

筆者在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了兩種不同的在線教育模式存在于美國(guó)市場(chǎng)，兩種模式都以App為載體，不涉及智能硬件。

1. 全智能替代——以“Yousician”為例

“Yousician”是歐美市場(chǎng)上唯一一款主流的全智能替代鋼琴教育軟件，在全球市場(chǎng)上擁有超過(guò)2500萬(wàn)用戶①。以手機(jī)/平板App為載體， “Yousician”用提前錄制好的視頻講解配合智能練習(xí)系統(tǒng)指導(dǎo)用戶學(xué)琴。視頻講解上主要側(cè)重于樂(lè)理講解和基本手型等基礎(chǔ)理論知識(shí)，整個(gè)App主要?jiǎng)?chuàng)新在于其智能練習(xí)系統(tǒng)。理論上用戶不再需要鋼琴教師，只需要下載App配合自己的鋼琴使用。

“Yousician” 使用了五種顏色來(lái)標(biāo)記音符以替代數(shù)字指法，例如紅色的音符使用5指，綠色的音符使用1指（見(jiàn)圖1、圖2）。筆者認(rèn)為，此方法讓樂(lè)譜和指法更加有機(jī)地結(jié)合，配以屏幕上的對(duì)應(yīng)彩色鍵盤(pán)，使讀譜和尋找對(duì)應(yīng)琴鍵的過(guò)程都更加直觀。德國(guó)研究者發(fā)現(xiàn)，這種利用顏色來(lái)標(biāo)記指法的方式可以使初學(xué)者更快地決定每個(gè)音該使用哪個(gè)手指演奏。②

圖1

圖2

人機(jī)交互的學(xué)習(xí)方式使得“Yousician”的智能教育區(qū)別于傳統(tǒng)的面對(duì)面授課。例如，在和弦練習(xí)中，“Yousician”在屏幕上彈出不同手形的和弦卡片和指法提示，在演奏者成功在鋼琴上彈出正確的和弦后，再快速?gòu)棾鱿乱粡埧ㄆ?，從而?xùn)練學(xué)生的和弦轉(zhuǎn)換能力。（見(jiàn)圖3、圖4）而在旋律訓(xùn)練中，“Yousician”使用智能伴奏來(lái)使練琴不再單調(diào)。多元化互動(dòng)教學(xué)的有效性在20世紀(jì)90年代就得到了證明③，研究者發(fā)現(xiàn)其效果與傳統(tǒng)教學(xué)沒(méi)有明顯差距，但參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生對(duì)這種方式興趣更濃。

游戲化和碎片化的任務(wù)設(shè)置貫穿了“Yousician”的學(xué)習(xí)過(guò)程?！癥ousician”平臺(tái)上有超過(guò)150個(gè)任務(wù)，分布于9個(gè)不同的難度等級(jí)④。把基礎(chǔ)的技術(shù)訓(xùn)練（如音階、節(jié)奏練習(xí)等）游戲化已是鋼琴教育研究的一個(gè)主流方向，尤其在在線教育的各類產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。在一項(xiàng)針對(duì)游戲化練琴的效果的對(duì)照研究中，研究者發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生在練習(xí)意愿和練習(xí)成果兩方面都要優(yōu)于對(duì)照組的學(xué)生⑤。碎片化的任務(wù)則為了盡可能減低其每個(gè)難度等級(jí)之間的差距。根據(jù)其團(tuán)隊(duì)成員詹姆斯·尼爾森（James Nielsen）所述，創(chuàng)造盡可能平緩的學(xué)習(xí)曲線有助于降低初學(xué)者的入門難度并保持他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力，但他們團(tuán)隊(duì)也意識(shí)到由此可能帶來(lái)的過(guò)度重復(fù)問(wèn)題⑥。

圖3

圖4

整個(gè)智能練習(xí)系統(tǒng)的核心是其實(shí)時(shí)糾錯(cuò)與打分系統(tǒng)，通過(guò)一個(gè)類似于“卡拉OK”的進(jìn)度條，“Yousician”在不借助智能鋼琴的情況下準(zhǔn)確識(shí)別演奏者的錯(cuò)音和錯(cuò)誤的節(jié)奏，并據(jù)此給演奏者打分和提出改正建議（見(jiàn)圖5）。相較于每周一次的傳統(tǒng)面對(duì)面課程，James Nielsen認(rèn)為這是“Yousician”的最大優(yōu)勢(shì)。下一步他們希望通過(guò)人工智能技術(shù)讓這套系統(tǒng)更具個(gè)性化，從而拉近與用戶的距離。

圖5

總的來(lái)說(shuō)，“Yousicion”的產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理，用戶體驗(yàn)也具有吸引力。筆者認(rèn)為，其最大的缺陷在于無(wú)法實(shí)時(shí)了解學(xué)生當(dāng)前的演奏能力以及其心理狀態(tài)。例如，它可以告訴用戶彈錯(cuò)了哪個(gè)音，但并不能判斷其為什么彈錯(cuò)，也就談不上提出針對(duì)性的練習(xí)計(jì)劃。在這個(gè)缺陷被克服之前，即使是在這類產(chǎn)品主攻的初學(xué)者市場(chǎng)，它仍然不足以替代鋼琴老師的作用。而在現(xiàn)實(shí)中，更多的在線教育產(chǎn)品不尋求替代鋼琴老師，而是作為鋼琴老師的輔助工具出現(xiàn)。

2. 在線教育輔助

目前在美國(guó)市場(chǎng)上有多款鋼琴教輔軟件，如“SmartMusic”（見(jiàn)圖6）、“Cadenza”和“Piano Maestro”（見(jiàn)圖7）等。這類軟件都是主打輔助鋼琴老師提升日常教學(xué)效果和幫助學(xué)生在日常的練習(xí)中更有效率。在學(xué)生端，此類軟件對(duì)學(xué)生提供任務(wù)型或游戲型獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)來(lái)激勵(lì)他們完成練習(xí)目標(biāo)，同時(shí)記錄每日練琴時(shí)間，錄制練習(xí)視頻，部分軟件也能智能判斷練習(xí)的錯(cuò)誤。在老師端，允許老師在上課中記錄電子筆記并自動(dòng)同步到學(xué)生文件，提前為學(xué)生預(yù)設(shè)練習(xí)目標(biāo)和要求，實(shí)時(shí)追蹤整個(gè)教學(xué)班每位學(xué)生的練習(xí)進(jìn)度并且在線互動(dòng)。

在一項(xiàng)加拿大學(xué)者進(jìn)行的案例研究中⑦，研究者讓鋼琴老師在日常授課時(shí)使用“Cadenza”軟件輔助教學(xué)并觀察其效果。通過(guò)“Cadenza”，老師可以在課上設(shè)置下一周的各類練習(xí)目標(biāo)，學(xué)生在周中在線提交練習(xí)成果或者疑問(wèn)，并與老師互動(dòng)，同時(shí)家長(zhǎng)也能隨時(shí)登錄查看整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。與傳統(tǒng)授課方式相比，學(xué)生認(rèn)為通過(guò)“Cadenza”和老師互動(dòng)更頻繁，相信老師隨時(shí)都關(guān)注著自己，因此練琴意愿更高，時(shí)間更長(zhǎng)。老師則發(fā)現(xiàn)每節(jié)課之間的連續(xù)性更好，家長(zhǎng)的參與度更高，并最終在加拿大的皇家音樂(lè)考級(jí)中取得了更好的成績(jī)。參與實(shí)驗(yàn)的老師還發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)期使用下，學(xué)生減少了重復(fù)性錯(cuò)誤發(fā)生的概率并且練琴的紀(jì)律性更好。而在筆者與其他鋼琴老師的日常交流中發(fā)現(xiàn)，此類軟件的任務(wù)設(shè)置與反饋系統(tǒng)也適用于訓(xùn)練學(xué)生的視奏能力。

圖6

圖7

除了這類常見(jiàn)的在線教輔軟件以外，社區(qū)分享式的教輔軟件則提供了另一種路徑。這類軟件類似于音樂(lè)學(xué)生的微信朋友圈，鼓勵(lì)學(xué)生分享自己的練習(xí)片段并且互相點(diǎn)贊評(píng)論。在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)性研究中⑧，研究人員追蹤了一群10至15歲學(xué)生如何通過(guò)使用一款音樂(lè)交流類App（Practice Cactus）在二十周內(nèi)改變了音樂(lè)學(xué)習(xí)的效果。通過(guò)這款軟件，學(xué)生可以設(shè)定自己的練習(xí)計(jì)劃并上傳練習(xí)片段，同時(shí)點(diǎn)贊和評(píng)論其他同學(xué)上傳的片段。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，參與的學(xué)生分享了大量的音樂(lè)片段，并總體上對(duì)他人演奏提供了積極正面的評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)參與者和其教師的采訪，研究人員發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于聆聽(tīng)自己和他人演奏的能力明顯提高，認(rèn)為音樂(lè)練習(xí)更加有趣，并且在心理認(rèn)知上，從演奏（performance-based）音樂(lè)轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c（participation-based）音樂(lè)。鋼琴在大多數(shù)時(shí)候都是獨(dú)奏樂(lè)器，無(wú)論是演出還是日常練習(xí)，演奏者都處于一種“自我隔離”的狀態(tài)，由這種狀態(tài)所產(chǎn)生的無(wú)聊與焦躁往往成為初學(xué)者放棄這門樂(lè)器的原因，而這種模式的好處在于解決了鋼琴練習(xí)中的孤獨(dú)感。

在目前美國(guó)在線鋼琴教育的兩種分支中，無(wú)論是旨在替代鋼琴教師的產(chǎn)品還是輔助陪練型的產(chǎn)品，其特點(diǎn)可以大致歸納為：具有某種程度的實(shí)時(shí)自動(dòng)糾錯(cuò)功能，設(shè)計(jì)了某種基于獎(jiǎng)勵(lì)的練習(xí)方法以及在教輔類軟件中，幫助老師電子化管理教學(xué)班并嘗試提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

二、基于“UI PIANOPED”項(xiàng)目的智能化設(shè)想

智能鋼琴軟件應(yīng)該致力于解決基礎(chǔ)鋼琴教育中的共同難題。因此，筆者向世界各地的鋼琴教師發(fā)出了超過(guò)70份調(diào)查問(wèn)卷，以了解他們針對(duì)初學(xué)者到中等程度學(xué)生的教學(xué)需求。在完成本文時(shí)，一共收到26份有效答復(fù)，每位答復(fù)的老師均接受了回訪。參與調(diào)查的鋼琴老師來(lái)自于中國(guó)、美國(guó)、澳大利亞、智利及德國(guó)，涵蓋了音樂(lè)學(xué)院教授、藝考培訓(xùn)老師和少兒鋼琴工作室教師。針對(duì)選曲部分的調(diào)查數(shù)據(jù)如圖8、圖9所示：

黃酮含量測(cè)定：取1 mL樣液于25 mL比色管中，用70%乙醇補(bǔ)充至12.5 mL，加入1.0 mL 5%亞硝酸鈉溶液，靜置5 min后加入1.0 mL 10%硝酸鋁，6 min后加入5 mL 1 mol/L氫氧化鈉溶液，搖勻，用70%乙醇稀釋至刻度，靜置10 min，在510 nm波長(zhǎng)下測(cè)吸光值[12]。

選曲重復(fù)度較高和范圍相對(duì)單一是大部分老師在這一階段教學(xué)中所面臨的主要問(wèn)題。在回訪中，大部分老師都反映了選曲范圍較窄這一問(wèn)題，并對(duì)此方向的研究充滿興趣，只有一位老師認(rèn)為可選曲目充足。在對(duì)陪練/教輔軟件認(rèn)同度的調(diào)查中，只有一位老師推薦過(guò)智能糾錯(cuò)型陪練軟件，只有三位老師有使用教學(xué)輔助軟件的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)回訪可發(fā)現(xiàn)，未使用此類軟件的老師大多對(duì)其效果缺乏了解與信任，以及擔(dān)憂此類軟件會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生依賴性?；谝陨蠁?wèn)題，筆者利用愛(ài)荷華大學(xué)的 “UI PIANOPED” 項(xiàng)目提出了兩項(xiàng)智能化解決方案⑨。

圖8

圖9

第一，通過(guò)為“UI PIANOPED”增加智能檢索功能可以改善選曲范圍較窄這一問(wèn)題。“UI PIANOPED” 已對(duì)其所收錄的三千多首樂(lè)曲建立了難度分級(jí)和簡(jiǎn)短的風(fēng)格描述，如果鋼琴老師可以通過(guò)關(guān)鍵詞（如“難度三級(jí)”“踏板訓(xùn)練”“旋律訓(xùn)練”）從曲庫(kù)中找到對(duì)應(yīng)的曲目推薦，配合已有的示范視頻，就可以第一時(shí)間評(píng)估此曲是否合適學(xué)生的當(dāng)前程度，從而提高選曲的精準(zhǔn)度。與傳統(tǒng)教材和目前已有的智能軟件相比，“UI PIANOPED”的曲庫(kù)更大，可提供選擇更多；而與單純網(wǎng)絡(luò)搜索相比，智能匹配可以減輕搜索難度。

第二，為“UI PIANOPED”增加音頻對(duì)比。目前主流的智能陪練模式大多基于樂(lè)譜，其機(jī)械化的問(wèn)題難以避免，也不能識(shí)別除了錯(cuò)音和簡(jiǎn)單節(jié)奏以外更復(fù)雜的問(wèn)題。傳統(tǒng)上，通過(guò)學(xué)習(xí)大師錄音來(lái)進(jìn)步是專業(yè)學(xué)生的必經(jīng)之路。筆者認(rèn)為，通過(guò)智能陪練來(lái)幫助初學(xué)者或業(yè)余學(xué)生在學(xué)琴初期更好地 “聽(tīng)錄音” 是智能教輔軟件的未來(lái)方向，也更易讓教師接受。相較于樂(lè)譜對(duì)比，音頻對(duì)比可以提供力度變化，彈性節(jié)奏等更復(fù)雜，更藝術(shù)化的建議。美國(guó)目前已有軟件如“Precebe Music”和“Tonara”利用AI算法提供類似功能，但因?yàn)椴痪邆渥约旱囊纛l庫(kù)，需要老師自己錄制范例。但是，根據(jù)用戶對(duì)“Tonara”的在線反饋，此軟件目前還不成熟，體驗(yàn)極不穩(wěn)定。目前學(xué)界也少見(jiàn)這一方向的研究成果⑩。

結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)本文，筆者希望為國(guó)內(nèi)的鋼琴老師介紹目前國(guó)外鋼琴在線教育的理念和現(xiàn)狀，并提出一項(xiàng)解決方案以供參考。從目前已有的研究中可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和“AI+”的鋼琴教輔類軟件可以提高教育質(zhì)量，提升教學(xué)效率。然而在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，此類軟件距離真正的大規(guī)模應(yīng)用還有很大距離。鋼琴或是任何藝術(shù)種類最終都是服務(wù)于人與人之間的情感交流，而學(xué)生和老師之間的互動(dòng)則是培養(yǎng)這種交流能力的第一步。筆者不認(rèn)同全智能替代式的鋼琴教育軟件，但希望此類先進(jìn)技術(shù)可以更好地服務(wù)于鋼琴教育。

注 釋：

①Anamaria Claudia ELi,“‘Yousician’ - Music Education Platform”, inTehnologii informatice side comunicatii in domeniul muzical(2017), Vol. 8, issue 1, pp.37-41.

②Matthias Weing, Amrei R?hlig, Katja Rogers, Jan Gugenheimer, Florian Schaub, Bastian Kònings, E n r i c o R u k z i o, a n d M i c h a e l W e b e r, “P I A N O: Enhancing Instrument Learning via Interactive Projected Sugmentation”, inProceedings of the 2013 ACM Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing Adjunct Publication(2013), pp.75-78.

③Roger B. Dannenberg, Marta Sanchez, Annabelle Joseph, Robert Joseph, Ronald Saul, and Peter Capell, “Results from the Piano Tutor Project”, inProceedings of the Fourth Biennial Arts and Technology Symposium(1993), pp.143-150.

④由于其六級(jí)以后才進(jìn)入古典音樂(lè)曲目，并且每個(gè)難度等級(jí)之間的差別遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于我國(guó)的主流考級(jí)，所以其九級(jí)水平也不能等同于我國(guó)大多數(shù)考級(jí)的九級(jí)水平。

⑤Heather Birch,Motivational Effects of Gamification of Piano Instruction and Practice.Canada: University of Toronto, 2013.

⑥Anastasiia Kozina, “Designing an Effective E-learning Experience”, Bachelor’s thesis, Tampere University of Applied Sciences, 2017.

⑦Rena Upitis and Philip C. Abrami, “Cadenza: An Online Tool for Transforming Music Learning,”inThe European Journal of Social & Behavioural Sciences(2017), Vol. 18, No. 1, 2261.

⑧Heather J. S. Birch, “Music Learning in an Online Affinity Space: Using a Mobile Application to Create Interactions During Independent Musical Instrument Practice”, Ph.D. diss., University of Toronto, 2018.

⑨“UI PIANOPED” 是愛(ài)荷華大學(xué)的一項(xiàng)鋼琴教育研究成果，其包含了超過(guò)3000首從啟蒙到中等難度的鋼琴曲示范視頻，是此類項(xiàng)目中收錄曲目最多的視頻庫(kù)。此項(xiàng)目于2019年獲得美國(guó) “弗朗西斯·克拉克鍵盤(pán)樂(lè)器教育獎(jiǎng)”（The Frances Clark Keyboard Pedagogy Award）。這個(gè)項(xiàng)目的價(jià)值在于提供了大量簡(jiǎn)易/少兒鋼琴曲的唯一示范錄音。目前是視頻平臺(tái)“YouTube”上訂閱人數(shù)最多、播放量最大的同類頻道。

⑩參見(jiàn)appgrooves.com/app/tonara-by-tonara-music/negative。