鋼琴智能教育的產(chǎn)品設(shè)計研究

摘要：基于人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，AIOT技術(shù)成了智能教育行業(yè)的一大發(fā)展助力。藝術(shù)教育是智能教育發(fā)展中的一環(huán)，人們往往將鋼琴當(dāng)作啟蒙教育的首選樂器。以AIOT技術(shù)為基礎(chǔ)，以鋼琴學(xué)習(xí)智能化設(shè)備為載體，將AIOT技術(shù)與5G技術(shù)、電子信息技術(shù)相融合，設(shè)計出一款新形式的鋼琴智能教輔產(chǎn)品，提升鋼琴智能教輔設(shè)備的智能性和系統(tǒng)性，進(jìn)一步增強(qiáng)人機(jī)協(xié)作和鋼琴演奏的能力。

關(guān)鍵詞：人工智能；產(chǎn)品設(shè)計；AIOT技術(shù)；鋼琴教育教育模式隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)移動設(shè)備的普及而發(fā)生改變。智能教育是現(xiàn)階段教育發(fā)展的重點研究方向，教育部從2017年至2019年先后將“智能教育”寫入《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《教育信息化2.0行動計劃》，2019年3月教育部在北京召開“智能教育戰(zhàn)略研究”研討會，促進(jìn)人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)支持下的教育模式變革與重構(gòu)。藝術(shù)教育是智能教育全面化實現(xiàn)的一個環(huán)節(jié)，鋼琴教學(xué)方法進(jìn)行多技術(shù)結(jié)合后相較于傳統(tǒng)教育模式發(fā)生了變化，市場上出現(xiàn)了越來越多的互聯(lián)網(wǎng)+鋼琴輔助的教學(xué)產(chǎn)品。智能產(chǎn)品作為未來智能教育的載體和人機(jī)交互窗口，為個性化學(xué)習(xí)和個別化學(xué)習(xí)的實現(xiàn)提供了技術(shù)保障。通過5G技術(shù)、AIOT技術(shù)、電子信息技術(shù)等多技術(shù)融合將為鋼琴教學(xué)帶來新的思維模式和教學(xué)方式［1］。

1AIOT技術(shù)在鋼琴教輔產(chǎn)品中的應(yīng)用

AIOT技術(shù)是構(gòu)建一種更高級形式的智能化生態(tài)體系，以5G技術(shù)為基礎(chǔ)將AI（人工智能技術(shù)）和IOT（物聯(lián)網(wǎng)）連接起來，成為高寬帶、大連接、低延時的一個通道，AIOT技術(shù)在實際應(yīng)用中的落地將AI技術(shù)和IOT技術(shù)融合把IOT提升到人工智能層次，智能化教育是人工智能技術(shù)應(yīng)用的一種，AIOT可以通過AI和IOT技術(shù)的連接把數(shù)據(jù)、連接、用戶、流程、可視化等應(yīng)用加入智能教育當(dāng)中。通過人工智能產(chǎn)品與AIOT技術(shù)結(jié)合創(chuàng)造出更全面、更具有智能化的教育模式，利用AIOT技術(shù)讓用戶、教育方式、教學(xué)者之間的聯(lián)系更緊密，通過AIOT技術(shù)實現(xiàn)萬物數(shù)據(jù)化、萬物智聯(lián)化［2］。

AIOT技術(shù)系統(tǒng)性智能模型。以AIOT技術(shù)為樞紐利用智能化建立一個多元化相互融合的模式，鋼琴教輔產(chǎn)品可以通過AIOT技術(shù)賦能將該技術(shù)運用到產(chǎn)品上讓產(chǎn)品變得更加智能化。學(xué)習(xí)空間呈現(xiàn)出物理空間、社會空間和信息空間三元世界的完美融合，加速走向人機(jī)結(jié)合的智能樣態(tài)?；诩夹g(shù)的創(chuàng)新教育既能適應(yīng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格和學(xué)習(xí)能力，也能為學(xué)習(xí)者的終身學(xué)習(xí)和發(fā)展提供支持。

智能產(chǎn)品的智能化系統(tǒng)借助電子信息技術(shù)、AIOT技術(shù)等可以實現(xiàn)大規(guī)模的個性化學(xué)習(xí)，采集不同學(xué)習(xí)者在不同環(huán)境下的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)程度的數(shù)據(jù)，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確地診斷做出相適應(yīng)的教學(xué)干預(yù)，從而全面提升學(xué)習(xí)者的專業(yè)能力。學(xué)習(xí)者通過使用智能產(chǎn)品相對應(yīng)的功能可以為學(xué)習(xí)者提供個性化學(xué)習(xí)相應(yīng)的技術(shù)支持，AIOT技術(shù)從智能化產(chǎn)品終端中收集相應(yīng)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)形成一個AIOT為基礎(chǔ)的智能教育生態(tài)體系將智能產(chǎn)品、用戶、教學(xué)者3者相互粘合形成一個智能教育模型，如圖1。

2設(shè)計應(yīng)用實例

2.1方案設(shè)計

依據(jù)上述智能教育模型對鋼琴智能輔助學(xué)習(xí)提出設(shè)計方案，隨著我國信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能手機(jī)、移動終端等成為人們?nèi)粘＝邮招畔⒌闹饕绞?，因此在產(chǎn)品設(shè)計過程中考慮其便攜性，因此該設(shè)計方案主要以“智能設(shè)備+APP”相互聯(lián)動實現(xiàn)，APP主要為用戶提供信息可視化和信息接收，方案如圖2。使用者通過搭載AIOT技術(shù)的智能設(shè)備和APP進(jìn)行學(xué)習(xí)、練習(xí)和系統(tǒng)進(jìn)行交互，其在練習(xí)時所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會被收集在終端進(jìn)行分析。每一位的用戶具有不同的學(xué)習(xí)背景，在初次使用時系統(tǒng)會對使用者進(jìn)行初次數(shù)據(jù)采集，采集模式主要以測試為主。使用者初次使用時系統(tǒng)會自動與使用者進(jìn)行交互提問，其含有樂理知識、學(xué)習(xí)程度、曲譜識別等功能。具有一定學(xué)習(xí)背景的使用者系統(tǒng)會使用現(xiàn)在鋼琴考級所使用的體系進(jìn)行相對應(yīng)難度測評，通過測評對使用者提出練習(xí)難度建議。對于沒有學(xué)習(xí)背景的使用者系統(tǒng)會根據(jù)默認(rèn)模式從最簡單的理論知識和曲目進(jìn)行引導(dǎo)式的學(xué)習(xí)和練習(xí)。

系統(tǒng)會對每一位用戶在學(xué)習(xí)的相對應(yīng)階段進(jìn)行智能干預(yù)。系統(tǒng)將理論知識和曲譜彈奏練習(xí)結(jié)合避免出現(xiàn)只會彈奏而缺乏理論知識的情況。用戶通過不斷的學(xué)習(xí)和練習(xí)可以進(jìn)行相應(yīng)的自測，使用者在自測通過后開啟下一階段的難度練習(xí)。分階段分難度式的方法可以更合理的幫助用戶學(xué)習(xí)，同時也可避免出現(xiàn)學(xué)習(xí)時跨難度的混亂現(xiàn)象。5G技術(shù)也搭載在設(shè)備中，根據(jù)5G技術(shù)的特點系統(tǒng)能快速采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采集使用者數(shù)據(jù)后在終端會根據(jù)用戶的行為習(xí)慣、練習(xí)時對某一個曲練習(xí)的熟練程度、練習(xí)時出現(xiàn)錯誤的次數(shù)、使用者所掌握的樂理知識、使用者的識別曲譜能力等各項在學(xué)習(xí)和練習(xí)時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的分析和判斷。

對未來的預(yù)測，也是大數(shù)據(jù)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，智能系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)可提前對使用者提出相對應(yīng)的建議并給出可視化數(shù)據(jù)分析結(jié)果，使用者可以根據(jù)系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)結(jié)果情況進(jìn)行自我調(diào)整，同時會將數(shù)據(jù)結(jié)果反饋給教學(xué)者，教學(xué)者可以根據(jù)數(shù)據(jù)對使用者進(jìn)行更具針對性的教學(xué)［3］。

該方案能夠智能調(diào)節(jié)使用者學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時反饋使用者的學(xué)習(xí)情況，能夠讓使用者快速提升在鋼琴學(xué)習(xí)上的各項能力。

2.2智能設(shè)備設(shè)計

智能設(shè)備以輔助練習(xí)和進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)采集為主，智能設(shè)備以彩色廣角攝像頭、單片機(jī)、燈頭以及電路板為核心部件，智能設(shè)備主要有燈光牽引、手勢矯正、學(xué)習(xí)糾錯等功能。用戶使用時通過藍(lán)牙連接智能設(shè)備和APP，使用下載APP的手機(jī)或者平板電腦輸入想要練習(xí)的歌曲，APP數(shù)據(jù)庫會通過藍(lán)牙給單片機(jī)里的微型計算機(jī)（MCU）信號，MCU給接收信號后將信號進(jìn)行處理反饋到電路板控制相對應(yīng)的燈光亮滅，燈在相對應(yīng)鍵盤上投射出燈光達(dá)到牽引的效果輔助用戶練習(xí)［4］。設(shè)備輔助練習(xí)運行原理，如圖3。智能設(shè)備搭載的彩色攝像頭有3個作用：（1） 使用者在不同場景鋼琴初次使用設(shè)備時，通過設(shè)備對鋼琴琴鍵進(jìn)行識別校對確保牽引燈光能夠照射在相應(yīng)的位置上。（2） 彩色攝像頭可以在多種環(huán)境中使用。（3） 彩色攝像頭可以在用戶使用時對用戶的練習(xí)姿勢、根據(jù)燈光牽引用按壓琴鍵位置進(jìn)行捕捉和判斷達(dá)到學(xué)習(xí)糾錯的效果。

設(shè)備外觀通過不同形狀設(shè)計對比試驗后采用圓形設(shè)計，圓形的周長弧度可以更好地搭載相對應(yīng)數(shù)量的燈頭并且周長對應(yīng)的不同的角度投射出的燈光可以跟琴鍵的位置更加的貼合。光效作為一種展現(xiàn)產(chǎn)品狀態(tài)信息的視覺表現(xiàn)手法被廣泛運用。設(shè)備以燈光牽引為輔助練習(xí)的主要方式在設(shè)計時將燈光的顏色納入設(shè)計考慮范圍。動態(tài)的光效能引起高層次的社交與情感反饋。設(shè)備在設(shè)計時通過對光效進(jìn)行對比后采用視覺沖擊強(qiáng)烈易于辨別的藍(lán)色和紅色兩種顏色，如圖4。由于產(chǎn)品的狀態(tài)被定義由特定的可識別的配置和特征組成的產(chǎn)品狀況屬性，因此設(shè)備使用藍(lán)色的作為投射牽引燈光，使用紅色作為錯誤提示燈光。方便用戶在練習(xí)時能清晰觀察到練習(xí)的對錯，同時也方便攝像頭進(jìn)行畫面捕捉。設(shè)備設(shè)計時考慮到每一位使用者的反應(yīng)速度和對曲目的熟練程度不同，用戶可根據(jù)自身情況通過定時器效果對燈光投射時間進(jìn)行控制。

2.3APP方案設(shè)計

APP的方案設(shè)計主要圍繞功能架構(gòu)進(jìn)行。曲庫板塊：收入大量曲目包含考級所需內(nèi)容、經(jīng)典的古典樂曲目和現(xiàn)在流行樂曲目。所有類別曲譜以現(xiàn)有的考級體系進(jìn)行難度分類。使用者需根據(jù)自身階段的難度進(jìn)行學(xué)習(xí)和練習(xí)，只有用戶達(dá)到相對應(yīng)的階段通過系統(tǒng)測試才能解鎖下一階段的曲目。課程板塊內(nèi)容如下：為使用者提供線上老師教學(xué)、理論知識教學(xué)、曲譜識別等內(nèi)容。課程內(nèi)容為用戶提供鋼琴專業(yè)知識內(nèi)容教學(xué)。工具板塊：含有節(jié)拍器、和弦和聲等內(nèi)容。工具板塊為用戶提供樂器演奏的節(jié)奏感練習(xí)。社區(qū)板塊：為用戶搭建交流平臺，用戶可分享演奏視頻、在線交流學(xué)習(xí)感受等。排位板塊：為用戶提供線上排名，不同段位的用戶進(jìn)行演奏比賽進(jìn)行各段位各地區(qū)的排名，通過比賽的形式激發(fā)用戶的學(xué)習(xí)興趣。個人板塊：用戶可以通過個人板塊實時查看自己的練習(xí)和學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)反饋情況等，可以讓用戶及時做出相應(yīng)的調(diào)整。良好的反饋設(shè)計可以讓用戶更好地了解到操作的結(jié)果與程序當(dāng)前的狀態(tài)，減輕用戶等待過程中的焦慮，因此APP在登錄前的加載頁面設(shè)計開機(jī)動畫減少使用者的等待焦慮。APP功能更加完善后，可以讓學(xué)習(xí)變得更趣味化［5］。

3結(jié)論

萬物互聯(lián)時代的到來，智能產(chǎn)品會發(fā)展得越來越成熟。以搭載AIOT技術(shù)的智能教輔產(chǎn)品為基礎(chǔ)建立智能教育生態(tài)體系，使得鋼琴學(xué)習(xí)更具系統(tǒng)性。使用者通過鋼琴教輔設(shè)備在人工智能的干預(yù)下循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)，為教學(xué)賦能。該設(shè)備可以讓學(xué)生和老師之間的聯(lián)系更加緊密。使用者能夠在該智能設(shè)備上精準(zhǔn)掌握自身的學(xué)習(xí)動態(tài)、快速分析學(xué)習(xí)時產(chǎn)生的問題、及時進(jìn)行學(xué)習(xí)修正。此設(shè)備能幫助使用者數(shù)據(jù)化地管理學(xué)習(xí)資料。就目前而言，這款設(shè)備在應(yīng)用過程中還會存在一些問題，對其使用需合理有效的管理：（1） 此設(shè)備只能作為輔助方式為使用者帶來便捷的學(xué)習(xí)方式，不能完全依賴于它進(jìn)行教育。人工智能盡管會深度學(xué)習(xí)，具有人所不能達(dá)到的知識儲備能力、數(shù)據(jù)分析運算能力，但教學(xué)者始終具有對學(xué)習(xí)者情感判斷、情緒排解等能力的不可替代性。（2） 它在智能教學(xué)過程中會產(chǎn)生用戶的大量數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)的保密性需要嚴(yán)謹(jǐn)對待防止數(shù)據(jù)泄漏對使用者造成傷害。（3） 此設(shè)備還可以進(jìn)一步的提升。

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作者簡介：應(yīng)云彪，男，浙江臨海人，碩士在讀，主要研究方向：藝術(shù)設(shè)計。