人工智能技術在長笛教學中的應用

何陽

摘 要：人工智能是當今最受矚目的話題之一，將音樂人工智能技術有效地應用到教學領域，可以改變單一傳統的教學模式，使教學模式多元化，增加學生自主學習的興趣和能力。廈門市音樂學校是一所以音樂特色為辦學宗旨的中小學，涵蓋小學、初中、高中、中專，學習器樂專業的學生目前已達到上千人，如何提高學生在家練習的效率，如何解決琴童家長陪練難的問題，如此大的專業學生量，如何解決學生音樂會、演奏會等常規教學中鋼琴伴奏嚴重不足的問題，是筆者這次將AI音樂人工智能應用到教學中的主要探究。

關鍵詞：人工智能；智能伴奏；智能陪練；長笛教學

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：2096-0905（2023）33-0-03

一、人工智能技術在音樂中的應用背景

隨著時代的發展，學習樂器演奏的孩子越來越多，如何使學習獨奏樂器的孩子在家也能享受到與鋼琴伴奏或樂隊伴奏同樣的演奏效果，從而達到音樂演奏的完整性，真正提高我們的音樂鑒賞力，這是我們夢寐以求的！如何在練習中發現演奏中音高、節奏、音準上的錯誤，并加以改進等，隨著信息化的快速發展，音樂人工智能技術將幫助我們解決一直困擾我們的問題。在快速發展的信息化時代，人工智能被運用于日常生活的各個領域。音樂教學逐漸展現出傳統教學的一些弊端，為了與時代接軌，音樂教學智能化的教學新形式慢慢盛行。人工智能技術的引進，為音樂教學領域帶來一股清風。2017年7月，國務院發布新政策，在《新一代人工智能發展規劃》中明確指出：“利用人工智能技術加快推動人才培養模式、教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系，提供精準推送的教育服務，實現日常教育和終身教育定制化[1]。”

二、人工智能技術在音樂中的發展領域

音樂人工智能技術簡單理解就是人工智能創作音樂。

近年來，在音樂及計算機領域出現了音樂人工智能（Music AI）這一名詞。音樂人工智能是一個通俗的略顯模糊的概念，可以看作人工智能在音樂領域的垂直應用，包括音樂生成、音樂信息檢索MIR（含數十項應用），以及所有其他涉及AI的音樂相關的應用，如智能音樂分析、智能音樂教育、樂譜跟隨、智能混音、音樂機器人、基于智能推薦的音樂治療、圖片視頻配樂等[2]。

人工智能APP擁有海量的音樂素材庫，這是課本無法比擬的優勢。利用網絡的便利，全面的音樂知識、豐富的視頻動畫與畫面、生動的音頻等大幅提升了學生的個性化學習能力。在疫情時代，遠程教學方式突破了傳統教學模式的限制，讓學生居家也能得到高質量的課堂體驗。人工智能創造性地推出多種多樣的音樂素材和學習方式，大大增加學生對音樂的興趣，提高了學習趣味性與主觀能動性，使學生能更全面地掌握音樂知識，提高音樂演奏或演唱技術。人工智能技術與音樂教學相互交融，大大豐富課堂教學資源，拓展了智能樂器的功能，提升了音樂教學藝術素養。學生還能通過人工智能進行個性練習，人工智能可以做到觀察音樂課堂學習，分析旋律、節奏、演奏法是否準確，有效評價教學質量，幫助學生更好地了解自己的知識水平。這種新形式大大激發教師運用人工智能技術創新音樂教學手段的熱情，體現教師在課堂教學中的引領地位，同時鞭策學生自覺學習。

三、人工智能技術（智能伴奏APP/智能陪練APP）的研究

我校是一所具有藝術特色的學校，涵蓋九年制義務教育的普通中小學、實驗高中以及三年制音樂藝術中專，辦學模式多樣。想在長笛教學中，運用好人工智能軟件進行教學，那么先要對其運用的智能軟件進行篩選，選擇適合我校長笛教學工作的智能應用軟件，在眾多的人工智能軟件中筆者選擇了“協奏者”和“一起練琴”APP軟件作為研究的主要目標。

（一）音樂人工智能APP介紹

1．協奏者?應用（英文名Cadenza?）專門為音樂學院及附中學生，職業樂團演奏員，以及從進階到高水平的古典音樂管弦樂器演奏者所設計。在iPad、iPhone和mac上，協奏者使用音樂人工智能，讓演奏者得以在練習、排練和演出中實時體驗與高水平協作鋼琴家或專業管弦樂團的互動合作。協奏者軟件日積月累的曲目庫，目前提供超過1000首曲目/樂章，涵蓋多種管弦樂器的經典核心曲目。協奏者為我們提供一個身臨其境的音樂體驗，進而獲得對該曲目的精深理解；并通過自動錄音與混音回放，來對演奏進行自我分析批判，以精進演奏技藝，與世界分享音樂的美好與歡樂。這款應用軟件將改變以往課堂上由于無法使用真人伴奏，而導致的音樂演奏空洞乏味，由音樂人工智能代替真人伴奏使音樂演奏豐富多彩，有利于提高學生學習的興趣和主動性。

協奏者軟件不同于其他AI軟件，它擁有靈敏的伴奏跟隨功能，能根據演奏者的速度快慢隨時調整伴奏的速度，甚至是華彩自由片段仍可以通過多次練習使軟件產生記憶，不斷學習演奏者的演奏習慣，從而達到獨奏與伴奏的和諧一致。值得一提的是，市面上大多數陪練軟件的伴奏音頻多使用電子合成音樂，音響較生硬，而協奏者的伴奏音頻全部采用真人協作鋼琴家的演奏或國內優秀管弦樂團現場錄制，最大程度豐富演奏者的聽覺和聲體驗，與演奏相得益彰。在練習中，演奏者可以從樂曲的任意小節開始練習，不受時間、地點的限制，反復排練，直到熟悉樂曲各聲部全貌，為最終呈現做最充分的準備。演奏完成后，即可看到音樂AI的精準分析，每個音符的音準呈現在樂譜上，一目了然。同時，手指點選任意音符便可自我聆聽，不斷增進對樂器的掌握和對樂曲的理解。協奏者軟件自動優化伴奏延時設定，來盡量適應藍牙音頻設備帶來的延遲，并可由演奏者精細調整直到完全匹配，尤其適用rubato較多的樂曲。音樂是主觀行為，不像機器一樣一板一眼，在跟隨功能上對人工智能技術要求極高。智能交互的手段主要依靠人工智能技術的記錄與分析，協奏者軟件具備存檔的功能，每個ID都有自己的檔案，記錄演奏者的學習狀態與數據。演奏者可以將在家練習的成果以視頻或音頻的形式記錄，回課時與教師共同聆聽、一起分析評價，對有錯誤的地方進行反復推敲糾正，從而達到正確演奏的目的。并且，演奏者可任選演奏錄音，讓協奏者的音樂人工智能學習領會演奏者的演奏風格和速度變化，從而獲得更默契的個性化伴奏，達到智能交互。

在人工智能科技條件下，智能交互式教學手段漸漸成為長笛教學中的重要輔助方式。精髓在于將長笛教學過程中看不到摸不著的元素轉變成具體數據，使音樂語言可見化，促使專業教師全面掌握學生的練習情況。當不可見轉化成可見后，學生對音樂的理解便可由一種無意識轉化為有意識，從而形成教學相長的可持續發展。

2．“一起練琴”樂器陪練軟件，有Android和iOS客戶端兩種版本。

“一起練琴”通過人工智能（AI）陪練的方式輔助練琴，真人示范。APP通過人工智能計算打分，告知錯誤詳情，指出音準、節奏等具體錯誤。幫助不懂音樂的家長順利陪練。APP提供海量電子樂譜，大部分提供伴奏或重奏；樂譜支持播放，任意切換多聲部、自由調節速度。教師隨時可以在APP上查看自己團隊學生的練琴情況，掌握學生在家練琴時間和得分；也可以查看具體練習的詳情，聽練習錄音，有效提升學生練習的效率和自主學習的能力，實現線上線下教學模式多元化。

（二）“協奏者”和“一起練琴”APP目前取得的相關成果

1．AI之夜“協奏者”2018/11/26 中央音樂學院教學樓201。

中央音樂學院與美國印第安納大學聯合舉辦的“AI之夜——音樂人工智能伴奏系統音樂會”是我國首次采用世界頂級人工智能技術，用信息化的交響樂團“信息愛樂”提供可以根據演奏者音樂節奏的變化而隨之變化的現場協奏形式的一臺音樂會，這場音樂會除用人工智能技術協奏古典音樂外，還首次協奏中國樂曲《長城隨想曲》，這是音樂人工智能伴奏系統的世界首演。這是一場意義深遠的音樂會，我國整個音樂行業將由此進入一個“人工智能化”的時代，極大地提升了整個音樂行業的發展水平，尤其是音樂教育行業的信息化水平。人工智能技術與音樂專業相結合將會實現整個行業的跨越式發展，一定會成為音樂行業實現產業化的典范[3]。

2．2018年1月“協奏者”團隊首次參與首屆珠海弦樂大師班；2019年的第二屆珠海弦樂大師班，協奏者在大師班期間提供現場注冊和免費練習使用，并為閉幕式音樂會上提供全部管弦樂團伴奏。

3．“一起練琴”APP目前已有1466萬次下載安裝量。

四、人工智能在長笛教學中的研究

長笛憑著動聽的音質、優美的旋律、入門簡單、小巧便攜、優雅美觀等優點，受到人們的喜愛。目前，學長笛的人數較多，是管樂中相對搶手的一種樂器。初學者年齡相差甚遠，最小的僅五六歲，成人學生也很多，甚至國內還組建多支長笛樂團。長笛教學多采用一對一或一對多的教學形式展開，在一節課有限的時間里，教師要將重難點傳授給學生，再由學生課后練習。長笛教師面對的是單個學生，因為不同年齡、學情、性格特點等，教師不僅要因材施教采取不同的教學計劃，還要讓學生在課堂中充分發揮主觀能動性。但經過一周的練習后，學生的回課情況相差甚遠，有的學生能夠零失誤、完整演奏，有的卻是錯音連篇而不自知。如何解決教育資源不均衡、課后練習如何提高練琴效率、如何對自我練習進行準確的評價是值得探究的，這也是為師者要不斷思考的課題。

（一）深入了解并研究人工智能軟件的優劣，合理選擇和使用應用軟件

對人工智能軟件的使用進行深入研究，可以發現“協奏者”和“一起練琴”兩款人工智能軟件所針對的學習群體是截然不同的，所以筆者在教學中會根據學生的專業水平選擇與之相對應的人工智能APP，并做出指導性的建議：1．小學階段及初學入門的學生使用“一起練琴”APP，尤其對于課堂接受能力較差的學生，“一起練琴”APP可以解決很多長笛初級水平學生中節奏、音高不準確的問題，它就是一個很好的陪練老師，在家就可以通過APP的糾錯功能，從而達到高效率的練習，同時解決家長因不懂音樂導致的陪練難問題，當然它的伴奏功能也是一大亮點，雖然目前還只是電子合成伴奏無法做到跟隨，但對于小學生及初學者來說，跟著伴奏音樂一起練琴，可以提高學生的練琴樂趣，練琴不再枯燥乏味。2．中高級以上學生建議使用“協奏者”APP，它是專為高水平演奏者而設計的，它的伴奏跟隨系統是它最強大的功能，學生在家即可隨時跟隨伴奏進行練習，你可以想象在家就有整支樂隊為你協奏的演奏效果嗎？

（二）提高學生練琴效率，解決琴童家長陪練難的問題

在長期的教學中，筆者發現部分學生（尤其是低年齡段和初學階段的學生）的練琴效果總不盡如人意，但是通過收集家長及學生反饋的信息，確實做到了課后認真練習，那么是什么原因導致練琴效果大打折扣呢？分析結果基本存在幾個共性的問題：1．在練習中不知道糾錯；2．不會慢練、不使用節拍器；3．由于課堂時間有限，所學新知識無法快速掌握，課堂掌握課后忘；4．家長不懂音樂，無法幫助孩子解決練習中出現的問題；5．反復的練習讓學生感到枯燥乏味。疫情的三年時間里，讓我們開始研究如何更科學更有效地進行線上線下同步教學，人工智能技術在這幾年內得到迅速的發展，我們可以通過“一起練琴”線下陪練軟件輕松地解決這些問題。在長笛教學中，筆者逐步將人工智能軟件滲透到課堂中，學生可以在課下通過智能軟件，學習課堂上沒有完全搞懂的節奏型，可以通過智能測評發現演奏錯誤的地方并進行糾錯，可以跟隨智能軟件的伴奏音樂一起演奏樂曲，練琴變成了一件輕松快樂的事。

（三）提高學生音樂表現力，讓音樂充滿生機，賦予其生命

鋼琴家阿圖爾·魯賓斯坦曾說過：樂感所考慮的是把音符和樂譜背后真正的含義表達出來。要想將音樂表現到極致除了高超的演奏技巧，還要達到忘我的精神境界，做到心中只有樂音。音樂是需要完整展現的，作為單聲部樂器的長笛，很多時候的練習都是獨自完成的，很難將樂曲的整體音樂含義表現出來，那么如何能更好地提高學生的音樂表現力呢？如何能讓學生即便在家里也能同樣感受到音樂帶給自己的無窮魅力呢？除了聽，我們還能做什么？“協奏者”軟件能提供給練習者一個身臨其境的音樂體驗，有如自己置于音樂中心，樂團成員在側隨和自己演奏的聲部實時交互，從此獲得無可比擬的練習體驗。在筆者的長笛課教學中，筆者使用了這樣一個智能伴奏系統，讓學生有了一個全新的演奏體驗，全新的認知。學生在這樣的練習中將不斷解決技術上的難點、克服演奏中心理上的障礙，通過與智能伴奏不斷的反復的契合得到一個完美的演奏體驗。

五、研究成果展示

我們的教學團隊在將近兩年的人工智能與樂器教學的研究中，指導學生用智能伴奏系統，于2022年10月27日，成功舉辦了一場“人工智能與管樂”演奏音樂會。我們相信人工智能在音樂領域的發展會越來越寬廣，希望在與人工智能的交融中，碰撞出更多的火花，讓學琴從此不再枯燥乏味。

六、結束語

雖然在人工智能的實踐教學中，出現了一些軟件還不夠完善的地方，但隨著電子技術以及計算機的出現，電子音樂、MIDI、計算機音樂、音樂人工智能迅速發展。未來的音樂、未來的音樂教育將與計算機、人工智能息息相關，未來的音樂一定會是一個多維的音樂空間，未來的音樂值得我們不斷探索。

參考文獻：

[1]孫丹陽.中小學音樂教師如何應對人工智能時代的到來[J].北方音樂，2019，39（06）：81-83+88.

[2]卞墨清.人工智能音樂可版權性研究（上）[J].大眾文藝，2023（15）：81-83.

[3]孫倩.基于關聯主義的“大數據+音樂教育”教學模式探究[D].南京藝術學院，2020.