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    基于乐器设计与制作的高中通用技术STEAM课程模式初探

    时间:2020-05-04 05:19:15 来源:千叶帆 本文已影响

    【中图分类号】G633.67【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2018)46-0157-02

    STEAM教育理念,可以解决技术教育、艺术教育与升学考试学科相结合的问题。目前的很多STEAM课程都是基于某一学科,其它学科为辅助进行的整合。作为一名通用技术教师,我要做的是多个学科并重的STEAM课程,让学生真正体会到“学以致用”,用系统的观点看问题。

    在STEAM中,A看上去似乎只能起到锦上添花的作用。其实不然,A才是无处不在的精灵,S、T、E、M,每一项做到极致,都离不开A。

    以往的A,大多是对项目进行美化,增强趣味性和表现力。本文将从乐器设计与制作的角度对STEAM课程进行探索。

    一、Mathematics——音乐属于艺术范畴,但是它与数学知识密不可分。

    我们可以听到的音高变化、不同音色,乐器的尺寸、音孔距离或琴弦长度,都和数学有着非常密切的关系。音符的频率,都可以通过数学公式计算出来。

    音调的高低是由振动频率决定的。历史上有很多种计算音调的方法。比如三分损益律、纯律、五度相生律、十二平均律等。

    现代西洋乐器,主要以十二平均律来定音。比如标准音A的频率为440Hz;中央C的频率为261.63Hz,如表1,八度音之间频率是2倍的关系……

    十二平均律是指,将一组音按照等比数列的原理分成12个半音,公比为2。

    二、Science——最直接的就是物理学、生物学。

    高中物理学中机械振动和机械波是声学的基础。人声、乐器声,以及自然界的一切声音,都可以用振动和波的知识来研究。对于乐器来说,不同材料的振动不同,音色也不同;人的声带振动、人体的共鸣腔、以及人的听觉特性;自然界的风雨声、虫鸣声,都是物理学问题,同时也涉及生物学。在这里,我主要讨论声学乐器的物理学问题。

    各种乐器,都是由于产生驻波而发声的。为得到最强的驻波,弦或管内空气柱的长度L必须等于半波长的整数倍,如图1。

    根据发声体和发声方式不同,可将中国乐器分为:体鸣乐器、膜鸣乐器、气鸣乐器、弦鸣乐器等;西洋乐器分为:弦乐器、木管乐器、钢管乐器、键盘乐器、打击乐器等。

    1)吉他属于弦振动乐器,它的发声过程是:手拨琴弦,琴弦振动,传给下马,再传给面板和共鸣箱,声音在共鸣箱内混合放大,通过音孔发出,如图2。

    一般的吉他有6根弦。相同长度的情况下,弦越粗,音调越低;弦越细,音调越高。同一根弦,弦越长,音调越低;弦越短,音调越高。

    吉他琴颈上的品丝,就是用来定音高的,而品丝的定位,又是通过数学方法计算出来的。

    设弦总长L0,空弦频率f0,空弦波长λ0,品长ln,频率系数为k=2

    可见,当弦长为空弦的一半时,频率变为原来的2倍,即定为12品,如表2。

    同时,琴颈上的泛音标记,恰好是琴弦的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6等的位置上。

    2)其他乐器发声

    像吉他一样,只要是有音高变化的乐器,往往在尺寸上都有变化。

    管类乐器,由不同的激励方式带动管内空气柱振动,通过各种机件改变空气柱长度、振动强度和持续时间,来实现音高、声强、音长的变化。包括各类笙管笛箫、木管、铜管等,其中激励源有边棱、簧片、吹奏者的嘴唇。

    风琴类乐器,将气流送入不同的发音孔,带动簧片振动发声。包括管风琴、口琴、脚踏风琴、手风琴……

    打击类乐器,通过敲击发声。包括无确定音高的锣、大鼓、镲、响板等,和有确定音高的定音鼓、马林巴、钟琴、编钟等。

    三、Technology——乐器演奏和乐器加工,都需要技术。

    有的乐器是用单一材料制成的,有的则是用多种材料制成的零部件组成的。不同材料的加工工艺不同;不同时期、不同条件下,工艺水平也不同。比如皮革用刀、剪;木材用锯、锉;原来纯手工,现在手工加机械,甚至完全自动化。

    通过技术操作,可以让学生掌握基本的工具使用方法,养成良好的操作、清理习惯,提高安全意识、节约意识,加强团队合作能力。

    四、Engineer——乐器的设计、制作、检测等等,是一整套工程问题。

    做任何一件事,都不像解物理、数学题那样单纯,即使题目中给你设置了一个非常复杂的情境,那终究还是一道题。而现实问题,往往是一项工程。需要考虑很多,比如研究原理,弄清现状,设计解决方案(包括草图、技术图样、人员分工、工具设备选择、工艺流程设计等),施工,评价改进等等。这些都有利于学生工程思维及领导力的提高。

    五、Arts——乐器的艺术表达与展示。

    在乐器的设计过程中,除了要满足原理、绘制图样、实现结构和功能之外,也要有漂亮的外观、关心历史文化,还要进行表演、汇报,留下文字、音像资料。其中表演仍是一个与艺术相关的工程问题,除了要演奏音乐,还要考虑表演者的服装、动作,舞台灯光、演员调度、乐器拾音……

    综上所述,乐器的设计与制作,涉及大量的科学、技术、工程、人文藝术、数学方面的知识与能力的培养,是综合度非常高的STEAM理念下的教学载体。它的作用体现在:

    1)将多门学科的知识落实到应用上,让学生体会到知识是有用的,从而增强学习知识的动力,提高学习兴趣;2)让学生体会到现实世界的复杂性、综合性、有趣性和合理性;3)增强学生的合作能力、表达能力、创造力;4)展现学生的个性。

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