【數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)10000字（論文）】

數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要各種音樂教學(xué)輔助軟件也如雨后春筍般出現(xiàn)在大眾的視野里，然而真正適用于音樂課堂教學(xué)的輔助軟件卻鳳毛麟角，研宄并實(shí)現(xiàn)一款適合音樂課堂教學(xué)的教學(xué)輔助軟件有著重大意義。本文從音樂課堂教學(xué)的特點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套針對音樂課堂教學(xué)的教學(xué)輔助系統(tǒng)，主要工作如下：研宄了信息化環(huán)境下音樂課堂教學(xué)的現(xiàn)狀，對比分析了常用的音樂教學(xué)輔助軟件的特點(diǎn)，并根據(jù)音樂課堂教學(xué)的特點(diǎn)，對數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)進(jìn)行了分析，給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合需求分析和總體設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)的三大核心模塊一一虛擬鋼琴模塊、樂譜編輯模塊、樂譜演示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。著重分析了在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過程中遇到的兩個技術(shù)難點(diǎn)一一虛擬鋼琴的多點(diǎn)彈奏以及系統(tǒng)發(fā)聲音效的處理，并給出了具體的解決方法和實(shí)現(xiàn)過程。這兩個功能點(diǎn)也是本系統(tǒng)的特色所在。對系統(tǒng)分模塊進(jìn)行了測試，驗(yàn)證了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的所有功能，保證了各功能模塊的正常運(yùn)行。本系統(tǒng)現(xiàn)已集成到華中師范大學(xué)starC云平臺中，實(shí)際運(yùn)用于很多學(xué)校的音樂課堂教學(xué)，并取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：數(shù)字化音樂課堂；教學(xué)輔助系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)目錄畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1摘要 2目錄 31. 序言 42. 系統(tǒng)基礎(chǔ)理論知識與技術(shù)背景 52.1五線譜概述 52.2MIDI技術(shù)解析 52.3WPF呈現(xiàn)技術(shù) 53. 需求分析 63.1數(shù)字化音樂教學(xué)輔助系統(tǒng)的功能需求概述 63.2系統(tǒng)總體功能需求分析 74. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 94.1整體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 104.2整體功能模塊設(shè)計(jì) 105. 數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 105.1數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 105.2模擬鋼琴模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 115.3鋼琴彈奏子模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 125.4樂譜編輯模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 135.5樂譜演示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 136. 系統(tǒng)關(guān)鍵功能疑難點(diǎn)分析及實(shí)現(xiàn) 146.1模擬鋼琴多點(diǎn)彈奏技術(shù)分析及實(shí)現(xiàn) 146.2發(fā)聲效果處理技術(shù)分析及實(shí)現(xiàn) 157. 結(jié)論 16參考文獻(xiàn) 17序言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用正顛覆著社會、生活的方方面面。計(jì)算機(jī)技術(shù)憑借著其快速、高效、便捷、廣連接等優(yōu)勢正逐步滲入到教育教學(xué)中。傳統(tǒng)教學(xué)中存在的諸多問題，如教學(xué)模式單一、教學(xué)資源匱乏、教學(xué)內(nèi)容枯燥等正隨著計(jì)算機(jī)的引入，發(fā)生著質(zhì)的變化。教育教學(xué)的數(shù)字化、信息化將成為今后教育教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。目前，能夠有效利用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)的在校學(xué)生己占大數(shù)，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的發(fā)展前景一片大好。研發(fā)音樂課堂教學(xué)輔助軟件將有以下重大意義：便利音樂教師的教學(xué)工作音樂課堂數(shù)字化、信息化將給老師提供一個廣闊的資源平臺，老師可以根據(jù)自己的需求便捷的獲取想要的教育教學(xué)資源，可以針對學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況獨(dú)家定制教學(xué)內(nèi)容。豐富課堂教學(xué)內(nèi)容。音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)將有效的改變傳統(tǒng)音樂課堂老師教學(xué)生聽的教學(xué)模式。音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)能提供各種課堂教學(xué)場景，如演奏鋼琴、編輯樂譜、欣賞樂曲等，還能提供課堂測試，如節(jié)奏訓(xùn)練等。更全面的感官感受。有了課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)，學(xué)生在聽取老師教授音樂知識的同時還能夠傾聽音樂、直觀感受音樂、彈奏音樂、創(chuàng)作自己的音樂。增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)質(zhì)量。系統(tǒng)基礎(chǔ)理論知識與技術(shù)背景2.1五線譜概述五線譜是一種圖表式記譜法，具有高度的科學(xué)性，它既能形象地反映出音的高低，又能清楚的勾勒出旋律線條來五線譜記譜法憑借其直觀性和清晰性，已成為當(dāng)今世界大部分國家的主流音樂記譜方式。2.2MIDI技術(shù)解析MIDI可譯為“樂器數(shù)字接口”，是20世紀(jì)80年代初為解決電聲樂器之間的通信問題而提出的M1。MIDI可以用來實(shí)現(xiàn)電腦和樂器之間的通信，它與其他格式的視音頻文件不同，通過MIDI傳遞的不是聲音信號，而是一系列的指令，如在哪個時間以多快的速度和響度發(fā)出哪個音等。2.3WPF呈現(xiàn)技術(shù)WPF是微軟新一代開發(fā)技術(shù)，涵蓋了桌面應(yīng)用程序開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)和移動應(yīng)用程序開發(fā)，是微軟開發(fā)技術(shù)未來十年的主要方向[2|]1221。WPF屬于.NETFramework3.0技術(shù)的一部分。它提供了統(tǒng)一的編程模型、語言和框架，真正做到了分離界面設(shè)計(jì)人員與開發(fā)人員。WPF作為微軟最新一代的呈現(xiàn)技術(shù)可謂集眾家之所長,將各方面技術(shù)的最佳特性組合在一起，如聲明式標(biāo)記語言HTML,硬件加速技術(shù)DirectX,WindowsForms的開發(fā)效率以及AdobeFlash對動畫強(qiáng)大支持的特點(diǎn)等。以下為WPF幾大關(guān)鍵技術(shù)的介紹和分析：可擴(kuò)展應(yīng)用程序標(biāo)記語言,是WPF應(yīng)用程序的界面設(shè)計(jì)語言，格式類似于XML和HTMU25。通過XAML可以快速的定義（支持拖拽）和布局界面元素，加上其支持編寫豐富的界面樣式和模板，可以快速的設(shè)計(jì)出美觀、大氣的界面。XAML的出現(xiàn)使得設(shè)計(jì)人員專注界面設(shè)計(jì)，程序開發(fā)人員專注后臺邏輯實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了界面和邏輯相分離，極大提高了開發(fā)效率。WPF不但自帶豐富的控件，還支持用戶自定義控件。通過繼承UserControl類,開發(fā)人員可以根據(jù)自己的需求開發(fā)出各式各樣的控件，創(chuàng)建之后還可以編譯成DLL文件供其他WPF程序使用。需求分析3.1數(shù)字化音樂教學(xué)輔助系統(tǒng)的功能需求概述2001年由全國12家音樂師范院校及中音公司發(fā)起召開了“第一屆STO中國數(shù)字化音樂教育大會” 在與會成員的努力下，于2002年成立了數(shù)字化音樂教育學(xué)會，從此數(shù)字化音樂教育的發(fā)展進(jìn)入了新的時代。雖然在國內(nèi)數(shù)字化進(jìn)入音樂教學(xué)領(lǐng)域已有十余年，但是數(shù)字化在音樂教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展卻并沒有取得很大的突破性進(jìn)展，主要原因有以下幾點(diǎn)：首先，適用于課堂教學(xué)的音樂輔助軟件相對稀缺。雖然市場上有很多非常專業(yè)的音樂軟件，如CUBASE、NUENDO、LOGIC、SAWSTUDIO等等，但是普遍存在的問題是不容易上手，對于年輕的音樂老師通過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)還能比較好的運(yùn)用，但是對年長的音樂老師，學(xué)習(xí)運(yùn)用這些軟件本身就是很大的難題，對于他們來講，專業(yè)軟件帶來的教學(xué)方面的便利微乎其微，甚至還會帶來一些困擾。其次，缺乏功能完整的面向音樂課堂教學(xué)的軟件。對于已有的針對音樂課堂教學(xué)的軟件，雖然都是針對音樂教學(xué)設(shè)計(jì)，在易用性方面也有很大的提升，但是都是針對音樂教學(xué)的單個方面而設(shè)計(jì)，比如AURALIA主要針對學(xué)生練習(xí)聽力和答題，OVERTUNE則主要針對曲譜創(chuàng)作方面，缺乏比較全面的音樂課堂教學(xué)軟件。最后，已有的音樂教學(xué)輔助軟件在促進(jìn)師生交互方面存在嚴(yán)重不足。這些軟件要不就是針對老師教來設(shè)計(jì)，作為傳統(tǒng)老師授課的一個替代工具，要不就是針對學(xué)生課后練習(xí)來設(shè)計(jì)，作為學(xué)生課后練習(xí)的一個替代品。沒有很好的發(fā)揮在課堂教學(xué)中促進(jìn)師生互動的作用。當(dāng)前的音樂教學(xué)輔助軟件除了上文提到的幾個主要問題，還存在以下不足之用戶交互沒有做到與時俱進(jìn)。隨著交互式電子白板在教育教學(xué)上的運(yùn)用，觸控交互、手勢交互憑借著簡單便利的操作逐漸成為一種趨勢，而當(dāng)下已有的音樂教學(xué)輔助軟件大都采取的還是傳統(tǒng)的鼠標(biāo)鍵盤交互。沒有比較方便快捷的編譜功能。音樂老師在給學(xué)生上課的時候，可能會想要臨時編個曲子授課用，而當(dāng)下已有的編譜軟件普遍比較繁瑣，需要專業(yè)人員才能順利編譜，對課堂教學(xué)極為不利。已有音樂課堂教學(xué)輔助軟件，課堂演示的面比較單一，沒能充分考慮到實(shí)際音樂教學(xué)場景。己有的音樂課堂教學(xué)輔助軟件演示的主要是整個的曲目，而在實(shí)際教學(xué)中往往需要挑選整個曲目中的部分有針對性的進(jìn)行演示，或者選擇特定的樂器，以特定的效果進(jìn)行演示。已有音樂課堂教學(xué)輔助軟件播放音質(zhì)太差，離專業(yè)水準(zhǔn)太遠(yuǎn)。普通音樂教學(xué)輔助軟件普遍沒有對播放的效果進(jìn)行處理，嚴(yán)重影響了學(xué)生上課時的體驗(yàn)。針對音樂課堂教學(xué)的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)的音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下需具有良好交互效果的虛擬演奏樂器，能夠方便老師在教學(xué)過程中隨時的演奏給學(xué)生聽，考慮到演奏的實(shí)時性，虛擬演奏樂器應(yīng)當(dāng)具備良好的交互能力和易操作性。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備編譜功能，在老師授課命過程中能夠方便快捷的針對上課內(nèi)容及時的編寫出適合課堂使用的曲目，并及時的呈現(xiàn)給學(xué)生。編譜的同時能夠支持隨時的修改，方便老師與學(xué)生的互動。提供良好的樂譜呈現(xiàn)方式，同時能夠根據(jù)課堂教學(xué)的實(shí)際情況有針對性的演示樂譜的個別內(nèi)容，做到整體與部分的良好結(jié)合。具備良好的樂譜演奏效果，在演奏準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)樂譜的音質(zhì)，以達(dá)到良好的感官效果。音樂講求的不僅僅是聲音的準(zhǔn)確性，在聲音質(zhì)量上也有著極高的要求，如此才能產(chǎn)生美的感官享受。3.2系統(tǒng)總體功能需求分析根據(jù)音樂教學(xué)的特點(diǎn)，數(shù)字化音樂教學(xué)輔助系統(tǒng)可由虛擬鋼琴模塊、樂譜編輯模塊、樂譜播放模塊三大部分組成。每個模塊的功能說明如下：虛擬鋼琴模塊在音樂老師的教學(xué)過程中，尤其是指法、彈奏教學(xué)課時，需要實(shí)時跟學(xué)生演奏樂器來豐富課堂教學(xué)。素有“樂器之王”美稱的鋼琴，是一種廣泛用于世界各國的鍵盤樂器，它既能和聲與復(fù)調(diào)音樂，又能擔(dān)任伴奏、獨(dú)奏、和重奏，有著音域?qū)拸V，表現(xiàn)力強(qiáng)，具有高難度彈奏技巧，甚至能夠演奏從管弦樂改編過來的交響樂曲和歌劇的鋼琴曲譜，使用范圍廣泛，幾乎能抵得上一個樂隊(duì)，所以是演奏樂器的極佳選擇。本系統(tǒng)通過一個模擬鋼琴模塊來實(shí)現(xiàn)音樂教師跟學(xué)生之間的彈奏互動。該模塊包含三個主要子模塊：鋼琴界面顯示子模塊：該子模塊的主要功能是鋼琴的顯示效果，包括鋼琴鍵的按下和鋼琴鍵的彈起效果。考慮到學(xué)生能夠清晰的看到鋼琴的彈奏鍵位，該模塊還需要支持多種放大和縮小效果，同時又能夠準(zhǔn)確的平移鋼琴使其定位到所要彈奏的音域。為了方便學(xué)生確定所處音階，該模塊還要能夠支持顯示每個鍵的音。鋼琴彈奏子模塊：該模塊的主要功能是處理鋼琴的各種彈奏，比如單鍵的彈奏、多鍵的彈奏、滑動鋼琴鍵的彈奏、短促的按下鋼琴鍵的彈奏、長按鋼琴鍵的彈奏等等。鋼琴發(fā)聲子模塊：該模塊的主要功能是處理鋼琴的發(fā)聲，由于對鋼琴的音質(zhì)有比較高的要求，因此在處理的時候需要采取特別的發(fā)聲技術(shù)，使彈奏出來的聲音更飽滿更悅耳。樂譜編輯模塊音樂教師在授課的過程中，會遇到需要給學(xué)生編一首曲子用于學(xué)習(xí)的情況，為了滿足這方面的需求，本系統(tǒng)包含樂譜編輯模塊。曲譜可以采取多種方式來記錄，目前最流行的、最通用的記譜方式是五線譜和簡譜。簡譜記譜法相對簡單，容易上手，但是對于音域比較寬的曲子記錄會比較麻煩，也不夠直觀，五線譜記譜法雖然初學(xué)時容易出現(xiàn)讀譜不準(zhǔn)看譜麻煩的困擾，但是有著更寬泛的應(yīng)用，是音樂專業(yè)學(xué)生必掌握的記譜方式。所以在本系統(tǒng)樂譜編輯模塊采取五線譜記譜的方式。該模塊主要分為三個子模塊：初始化編輯子模塊：該模塊根據(jù)編輯的內(nèi)容可以分為兩部分。一部分是新建一個樂譜進(jìn)行編輯，該部分的主要功能是新建一個樂譜并設(shè)定樂譜的一些基本參數(shù)，比如樂譜名稱、作者信息、版權(quán)信息、譜號、調(diào)號、節(jié)拍、播放速度、音軌數(shù)、樂器等等。另一部分是編輯一個己存在的樂譜，該部分主要功能是打開一個己存在的樂譜以五線譜的形式呈現(xiàn)出來。樂譜編輯子模塊：該模塊的主要功能是對己初始化的樂譜進(jìn)行編輯。根據(jù)編輯的方式可分為添加音符，包括32分音符、16分咅符、8分音符、4分音符、2分音符、全音符、附點(diǎn)等等，刪除音符和拖拽修改，包括拖拽修改譜號，拖拽修改調(diào)號，拖拽修改拍號等等。樂譜顯示子模塊：該模塊主要功能是編輯樂譜的顯示。由于樂譜的記譜方式采取的是五線譜記譜法，所以該模塊主要的功能是實(shí)時繪制編輯好的五線譜，主要包括譜號、調(diào)號、拍號、音符、附點(diǎn)、小節(jié)線、五線譜等的繪制。樂譜播放演示模塊播放演示是音樂課堂教學(xué)的重要組成部分，在樂譜學(xué)習(xí)過程中，及時的給學(xué)生播放演示相應(yīng)的樂譜能極大的促進(jìn)師生的交互，同時使學(xué)生在多個感官層面上對樂譜有更深刻的了解。雖然已有的音樂課堂輔助教學(xué)軟件大部分都具備樂譜播放演示功能，但是跟課堂的結(jié)合程度以及播放效果都還存在著很大不足。本系統(tǒng)針對這些問題，充分結(jié)合音樂課堂的教學(xué)情況提供了多種課堂播放演示方式，包括單音軌播放、多音軌播放、升降調(diào)播放、多樂器選擇播放、鋼琴聯(lián)動播放、選取特定小節(jié)播放等等，同時對播放音效采取了特別處理以達(dá)到優(yōu)質(zhì)播放效果。該模塊可分為三個子模塊：樂譜播放控制子模塊：該模塊的主要功能是控制樂譜的播放方式。包括單音軌播放、選定多音軌播放、升降調(diào)播放、選擇特定樂器播放、選擇特定小節(jié)的循環(huán)播放、播放速度控制、播放音量控制等等。樂譜聯(lián)動播放顯示子模塊：該模塊的主要功能是對各種播放效果的呈現(xiàn)。主要包括單音軌播放的顯示、選定多音軌播放的顯示、升降調(diào)播放的顯示、特定小節(jié)循環(huán)播放的顯示、樂譜放大縮小的顯示、鋼琴位置切換的顯示等等。樂譜播放音效處理子模塊。該模塊的主要功能是對樂譜的播放音效進(jìn)行處理，提高播放的音質(zhì)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)涉及到多個模塊，各模塊又包含多個功能，為了在順利實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各模塊間的協(xié)調(diào)運(yùn)作以及整體功能的同時保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和后期功能的擴(kuò)展，特對系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)分為兩個部分：整體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、整體功能模塊設(shè)計(jì)。4.1整體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的需求分析，對系統(tǒng)整體功能進(jìn)行劃分，得到如的系統(tǒng)整體功能結(jié)構(gòu)圖：4.2整體功能模塊設(shè)計(jì)由整體功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可知，整個系統(tǒng)分為三個模塊，鋼琴彈奏模塊、樂譜編輯模塊、樂譜演示模塊。各個模塊的功能點(diǎn)設(shè)計(jì)如下數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5.1數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則考慮到數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時應(yīng)遵循如下原則：專業(yè)性專業(yè)性是數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)開發(fā)時應(yīng)遵循的重點(diǎn)開發(fā)原則之一。系統(tǒng)的應(yīng)用范圍主要是課堂音樂教學(xué)，是專業(yè)性要求很高的應(yīng)用場景，音樂這門學(xué)科本身是非常注重感官體驗(yàn)，非常注重品質(zhì)的。系統(tǒng)如果在專業(yè)性上不能達(dá)到應(yīng)有的水準(zhǔn)，首先，對于一個有著專業(yè)素養(yǎng)的老師來講，在使用系統(tǒng)的時候就會大打折扣，不能很好的發(fā)揮系統(tǒng)的作用。其次，對于剛開始學(xué)習(xí)專業(yè)知識的學(xué)生來講，可能會由于系統(tǒng)不夠?qū)I(yè)而影響專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，甚至對專業(yè)知識產(chǎn)生誤解，從而嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量?；谝陨峡紤]，在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)時應(yīng)最大程度的提升系統(tǒng)的專業(yè)性，在確保準(zhǔn)確的情況下，提升系統(tǒng)的品質(zhì)。穩(wěn)定性穩(wěn)定性對于任何軟件或系統(tǒng)都是非常重要的，好的穩(wěn)定性能極大改善用戶體驗(yàn)。音樂教學(xué)相對其他學(xué)科教學(xué)隨意性比較大，音樂老師可能隨時需要即興的創(chuàng)作一首簡單的曲譜，然后按照自己想要的方式演示給學(xué)生看，同時音樂本身的規(guī)則又復(fù)雜多變，這就要求音樂教學(xué)輔助系統(tǒng)有很高的容錯性和穩(wěn)定性。因此在設(shè)計(jì)數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的時候要充分考慮各種情況，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。交互友好性界面交互的友好性可以極大的提高用戶的使用興趣。該系統(tǒng)的主要用戶群是音樂教室和學(xué)生，大部分的用戶都不具備較好的電腦操作技術(shù)素養(yǎng)，尤其是教齡比較大的老師，所以在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)時刻立足于用戶，從用戶的角度去思考，做到操作簡單又功能豐富。除了系統(tǒng)操作方面的友好性外，在界面布局和色彩搭配方面也應(yīng)做到精益求精，提升系統(tǒng)的美感。時效性時效性也是數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)原則之一。這里的時效性主要是指用戶操作的結(jié)果要在不影響系統(tǒng)功能效果的時間內(nèi)得到響應(yīng)。數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)中涉及到大量的交互，有些處理的任務(wù)量比較大，為了達(dá)到比較好的使用效果，需要對這些操作做特殊處理，縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間，達(dá)到比較好的感官效果?？蓴U(kuò)展性數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)目前還處在嘗試階段，主要實(shí)現(xiàn)的功能有模擬鋼琴彈奏、樂譜編輯、樂譜演示，功能上還有很大的擴(kuò)展空間，另外整個音樂教學(xué)也處在不斷的發(fā)展和演變中，為了適應(yīng)后期的功能的開發(fā)和音樂教學(xué)方式的改變，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)整體考慮，綜合考量，充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。5.2模擬鋼琴模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)模擬鋼琴模塊的主要功能是實(shí)時演奏以及樂譜的聯(lián)動演示。其設(shè)計(jì)特色如下：實(shí)時演奏。模擬鋼琴的一大主要特色是能夠給音樂老師提供課堂的實(shí)時演奏，學(xué)校再不必?fù)?dān)心昂貴的鋼琴費(fèi)用，老師再也不用在上音樂課的時候抬著鋼琴跑，這給學(xué)校和老師帶來極大便利。充分考慮實(shí)際課堂教學(xué)情況。鋼琴可以根據(jù)實(shí)際的教學(xué)情況變換為32個鍵、49個鍵、61個鍵以及88個鍵，并且可以靈活的移動到想要的位置，有了這些人性化的設(shè)置，老師再也不必?fù)?dān)心手指太大按鍵不準(zhǔn)或者學(xué)生看不清楚的情況。良好的交互性。整個系統(tǒng)針對當(dāng)前流行的交互式電子白板使用習(xí)慣設(shè)計(jì)，支持觸控操作，為了增強(qiáng)鋼琴的交互性，模擬鋼琴模塊還增加了對多點(diǎn)觸控的支持，允許多個手指同時彈奏鋼琴，達(dá)到了極佳的體驗(yàn)效果。擁有良好的演奏音質(zhì)。為了達(dá)到良好的演奏效果，在設(shè)計(jì)鋼琴的時候?qū)︿撉俚膹椬嘁糍|(zhì)進(jìn)行了處理，采取了當(dāng)前主流的軟音源技術(shù)一一VST軟音源插件技術(shù)，極大的提升了模擬鋼琴的音質(zhì)。鋼琴彈奏模塊由三個類組成，Piano類、PianoWhiteKey類Piano類為鋼琴彈奏模塊的主體類，包含鋼琴初始化、鋼琴彈奏、鋼琴發(fā)聲等的處理。PianoWhiteKey類和PianoBlackKey類處理單個鋼琴白鍵和黑鍵的功能。整個模塊的類圖關(guān)系如下圖所示：該子模塊的主要功能是鋼琴的顯示、鋼琴鍵盤的放大縮小和鋼琴音階的平移。鋼琴界面縮放的主要目的是根據(jù)老師上課的需要實(shí)時調(diào)整鋼琴鍵盤的大小，方便老師彈奏和學(xué)生觀看。鋼琴音階的平移的主要目的是配合鋼琴的縮放，將鋼琴鍵平移到使用最多的位置。該子模塊主要采用WPF技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如WPF控件、xaml、資源、綁定等技術(shù)。鋼琴顯示控制子模塊順序流程圖虛擬鋼琴啟動后依次進(jìn)入初始化鋼琴參數(shù)、顯示鋼琴界面、監(jiān)聽鋼琴界面操作。當(dāng)監(jiān)聽到有鋼琴界面操作時5.3鋼琴彈奏子模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)該子模塊的主要功能是處理鋼琴的彈奏，包括鋼琴鍵的確定、多個鍵的同時按下與釋放處理、鋼琴鍵滑動彈奏處理等。鋼琴彈奏子模塊是模擬鋼琴的核心模塊，也是最難實(shí)現(xiàn)的子模塊，其實(shí)現(xiàn)的好壞決定了模擬鋼琴的演奏效果。為了達(dá)到更好的交互友好性，該子模塊結(jié)合使用了WPF呈現(xiàn)技術(shù)和多點(diǎn)觸控交互技術(shù)。模擬鋼琴啟動并初始化后進(jìn)入鋼琴顯示界面并監(jiān)聽彈奏事件的觸發(fā)。當(dāng)監(jiān)聽到彈奏事件后針對不同的彈奏事件分別進(jìn)行處理，然后更新鋼琴顯示界面，呈現(xiàn)彈奏效果。該子模塊的主要功能是優(yōu)化模擬鋼琴的發(fā)聲效果。音效處理是模擬鋼琴的錦上添花之筆，對模擬鋼琴的發(fā)生效果進(jìn)行特殊處理，使鋼琴彈奏出來的聲音更飽和更悅耳，可以極大提高老師和學(xué)生的聽覺體驗(yàn)。為了達(dá)到更好的發(fā)聲效果，該子模塊采取了添加軟音源的方式。5.4樂譜編輯模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)樂譜編輯模塊的主要功能是為老師提供一個實(shí)時的課堂編譜環(huán)境。其設(shè)計(jì)特色如下：可針對課堂教學(xué)情況，獨(dú)家定制樂譜。樂譜編輯模塊支持對樂譜多方位的設(shè)置，如譜號、調(diào)號、拍號、播放速度、音軌數(shù)、播放樂器等等，老師可以根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容編輯出自己想要的樂譜，這在傳統(tǒng)音樂教學(xué)中是很難達(dá)到的。編譜方便快捷。樂譜初始化后，會以五線譜的形式呈現(xiàn)出來，老師要做的僅僅是根據(jù)自己的授課需求將五線譜填充完整。整個樂譜編輯模塊支持鼠標(biāo)和觸控操作，老師可以根據(jù)自己的授課習(xí)慣和實(shí)際課堂教學(xué)情境便捷的進(jìn)行編譜。提供實(shí)時預(yù)覽功能。樂譜編輯完成后，老師可以通過編輯模塊提供的臨時演示功能來預(yù)覽所編輯的樂譜。老師可以根據(jù)預(yù)覽結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)樂譜中的問題并予以修正。樂譜編輯子模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)樂譜編輯子模塊的主要功能是完成樂譜的編輯工作。主要包括五線譜譜號、調(diào)號、拍號的拖拽修改；樂譜音符、附點(diǎn)、小節(jié)的添加；樂譜音符、附點(diǎn)的刪除等。樂譜編輯子模塊是樂譜編輯模塊的核心子模塊，該子模塊涉及到的音樂規(guī)則復(fù)雜多樣，其實(shí)現(xiàn)的好壞決定了樂譜編輯的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。為了有更好的呈現(xiàn)效果，該模塊采取WPF技術(shù)實(shí)現(xiàn)。5.5樂譜演示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)樂譜演示模塊的主要功能是將視聽結(jié)合起來，播放樂譜的同時聯(lián)動顯示樂譜。設(shè)計(jì)上的特色之處如下：鋼琴與樂譜聯(lián)動演示。在設(shè)計(jì)時將模擬鋼琴嵌入到樂譜演示模塊，在樂譜演示的同時，鋼琴也跟隨著聯(lián)動演奏，學(xué)生不但能直觀的查看到樂譜當(dāng)前播放位置,同時也能清楚的查看當(dāng)前位置如何演奏，更好的促進(jìn)了學(xué)生的音樂學(xué)習(xí)。豐富的界面控制。為了方便老師的課堂演示，樂譜演示模塊添加了豐富的界面控制，比如，老師可以通過放大縮小按鈕來調(diào)整樂譜的顯示大小，通過按鍵顯示隱藏鋼琴來擴(kuò)大樂譜的顯示范圍，通過上下切換鋼琴與樂譜位置來方便上課時的實(shí)時彈奏等等。豐富的播放效果。樂譜演示模塊針對課堂教學(xué)設(shè)計(jì)了豐富的播放效果，比如，選擇樂譜中特定的音軌來演示，為不同音軌設(shè)置不同的演奏樂器，，更改樂譜演示時的調(diào)號，選取樂譜中特定的小節(jié)來循環(huán)演示等等。通過這些多方位的效果使學(xué)生更清楚的了解整個樂譜的構(gòu)造和視聽效果。良好的播放音質(zhì)。為了提升演示效果，樂譜演示模塊在設(shè)計(jì)時添加了對演示音效的處理，采取了當(dāng)前主流的軟音源技術(shù)，提升了演示模塊的音質(zhì)，使老師和學(xué)生在使用的過程中達(dá)到更好的感官效果。樂譜顯示控制子模塊的主要功能是控制樂譜演示的顯示效果，包括樂譜的放大縮小、鋼琴的顯示與否、鋼琴與樂譜的位置切換等。通過設(shè)置各種顯示效果使老師和學(xué)生使用起來更方便，演示的效果也更直觀。該模塊主要采用WPF技術(shù)實(shí)現(xiàn)。樂譜音效處理子模塊的主要功能是改善樂譜發(fā)聲的效果，使樂譜演示的聲效更專業(yè)更悅耳。該模塊是樂譜演示的重要模塊之一，也是實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。綜合考量了各方面的因素之后，決定采用當(dāng)前主流開源軟音源VST插件來改善樂譜的音效。系統(tǒng)關(guān)鍵功能疑難點(diǎn)分析及實(shí)現(xiàn)6.1模擬鋼琴多點(diǎn)彈奏技術(shù)分析及實(shí)現(xiàn)跟其他音樂教學(xué)輔助軟件一樣，為了滿足音樂老師課堂教學(xué)時實(shí)時的給學(xué)生演奏樂曲，本輔助系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了一個模擬鋼琴。然而同類的教學(xué)輔助軟件的模擬鋼琴大多只能提供鼠標(biāo)或者鍵盤操作鋼琴，實(shí)用性大打折扣。本系統(tǒng)通過引入新一代的交互技術(shù)一一多點(diǎn)觸控技術(shù)解決了這一難題，成功的實(shí)現(xiàn)了支持多個手指彈奏的模擬鋼琴。下面從多點(diǎn)觸控的概念出發(fā)，分析多點(diǎn)觸控鋼琴實(shí)現(xiàn)的疑難點(diǎn)，最后給出多點(diǎn)彈奏鋼琴的具體實(shí)現(xiàn)過程。多點(diǎn)觸控技術(shù)簡介多點(diǎn)觸控（Multitouch或Multi-Touch)，乂稱多重觸控、多重感應(yīng)、多點(diǎn)感應(yīng)，是采用人機(jī)交互技術(shù)與硬件設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)的一種新型的交互技術(shù)M。多點(diǎn)觸控技術(shù)需要軟硬件技術(shù)的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，即首先操作的設(shè)備本身要支持多個點(diǎn)的同時操作，操作的軟件需要有多點(diǎn)操作的處理。顧名思義，多點(diǎn)觸控技術(shù)屬于觸控技術(shù)的一種，同時它又區(qū)別于其他的觸控技術(shù)，其最大的特點(diǎn)是能夠同時識別多個點(diǎn)的觸摸消息，并根據(jù)程序設(shè)定的規(guī)則針對多個點(diǎn)的同時操作做出各種復(fù)雜的操作。正是由于這一特點(diǎn)，多點(diǎn)觸控技術(shù)能夠解決很多其他單點(diǎn)觸控所無法實(shí)現(xiàn)的難題。橫擬鋼琴多點(diǎn)彈奏實(shí)現(xiàn)疑難點(diǎn)分析鋼琴作為表現(xiàn)力極強(qiáng)的一種樂器，在彈奏的過程中復(fù)雜多變，正是由于這些特征，多點(diǎn)觸控技術(shù)運(yùn)用到鋼琴的彈奏上時產(chǎn)生了很多技術(shù)上的難題，主要包括以下幾個方面：鋼琴由88個鍵組成，52個白鍵，36個黑鍵，每個鍵有各自不同的音調(diào)。當(dāng)鋼琴模擬出來顯示在屏幕上時，由于屏幕本身的長度有限，單個鋼琴鍵的寬度將受到限制，在彈奏的過程中，如何準(zhǔn)確的定位按下的是哪個鍵，當(dāng)按到兩個鍵相接觸的位置時如何裁決按F的是哪個鍵成為了棘手的問題。鋼琴在彈奏的過程中如何處理連續(xù)彈奏的情況，即手指在鋼琴界面上連續(xù)滑動，當(dāng)進(jìn)入一個新的鍵時要及時的讓新的鍵發(fā)聲，同時要讓過去的鍵停止發(fā)聲鋼琴彈奏過程中，多個手指輪番按下鋼琴鍵或者多個手指同時按下不同的鋼琴鍵，在這個過程中如何有序的觸發(fā)和釋放不同鋼琴鍵。在鋼琴的彈奏過程中最基本的就是確定按下的是哪個鍵，手指按下的區(qū)域相對鼠標(biāo)來講會大的多，而鋼琴鍵的大小又很有限，在這種情況下需要對按下的位置做特殊處理，確定一個具體的范圍，同時運(yùn)用這個范圍跟鋼琴的位置進(jìn)行匹配來確定按下的鋼琴鍵。6.2發(fā)聲效果處理技術(shù)分析及實(shí)現(xiàn)音樂作為一門聲樂藝術(shù)在聽覺上有著較高的品質(zhì)要求，而windows操作系統(tǒng)自帶的媒體播放系統(tǒng)不能很好的滿足這一要求。為了解決這個難題，本系統(tǒng)引入了軟音源技術(shù)，使得樂曲播放質(zhì)量得到質(zhì)的提升。軟音源就是軟件音源，它是裝在電腦里的軟件，用它來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬件音源來發(fā)音軟音源按照運(yùn)行方式分為獨(dú)立運(yùn)行類軟音源和插件類軟音源。發(fā)聲效果處理技術(shù)疑難點(diǎn)分析隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)流程不斷完善，用于檢測程序正確性、完整性、安全性等的軟件測試方法越來越豐富，越來越系統(tǒng)。開發(fā)者可以根據(jù)自身開發(fā)的應(yīng)用程序選擇不同的應(yīng)用程序測試方法。數(shù)字化音樂課堂教學(xué)輔助系統(tǒng)的應(yīng)用范圍是音樂課堂教學(xué)，相對其他方面來講更加注重系統(tǒng)各個功能的準(zhǔn)確性，所以采取的測試方法主要為黑盒測試，黑盒測試也稱功能測試，它是通過測試來檢測每個功能是否都能正常使用。結(jié)論本課題從數(shù)字化、信息化時代背景下當(dāng)前音樂課堂教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，分析了當(dāng)前音樂課堂教學(xué)過程中存在的諸多問題。對比分析了當(dāng)前熱門音樂教學(xué)輔助軟件后，設(shè)計(jì)出了一款針對音樂課堂教學(xué)的教學(xué)輔助系統(tǒng)，并根據(jù)系統(tǒng)自身的特點(diǎn)選取當(dāng)前最合適的計(jì)算機(jī)技術(shù)予以實(shí)