TWI795982B - 智慧音樂教學系統與智慧音樂教學方法 - Google Patents

Abstract

一種智慧音樂教學系統，包含複數智慧音樂盒及一控制單元。每一智慧音樂盒包括一發聲件、一發光件、一力感測器、一傳輸模組及一控制器。該智慧音樂盒輸出相關於該力感測器之感測訊號的一回饋訊號，並根據一控制訊號控制該發聲件與該發光件輸出聲音與光其中至少之一。每一智慧音樂盒所輸出之聲音或光皆不同。該控制單元根據接收的該等回饋訊號判斷一建議學習模式，並根據該建議學習模式輸出該等控制訊號。藉由提供音樂與色彩之不同刺激的訓練，並根據學習成效自動調整訓練的學習模式，可以減少對教師的人力負荷，有助於普及幼兒音樂教學。

Description

智慧音樂教學系統與智慧音樂教學方法

本發明是有關於一種教學系統與方法，特別是指一種智慧音樂教學系統與智慧音樂教學方法。

音樂學習需要刺激感官的注意力，並透過連續的音樂互動學習建立工作記憶，經過反覆練習後，才能成為長期內在的音樂學習記憶。目前幼兒的音樂教學中，需要仰賴大量的教學人力進行上述的指導練習，因此，導致幼兒音樂教學費用高昂且難以普及。

因此，本發明之目的，即在提供一種可根據學習成效自動調整訓練的智慧音樂教學系統。

於是，本發明智慧音樂教學系統，包含複數智慧音樂盒及一控制單元。

每一智慧音樂盒包括一發聲件、一發光件、一力感測器、一傳輸模組，及一控制器。

該發聲件用以輸出一聲音訊號。

該發光件用以輸出一光訊號。

該力感測器用以感測並輸出一力感測訊號。

該傳輸模組用以輸出一回饋訊號，並接收一控制訊號。

該控制器信號連接該發聲件、該發光件、該力感測器與該傳輸模組，接收該力感測訊號，並控制該傳輸模組輸出相關於該力感測訊號的該回饋訊號，並根據該控制訊號控制該發聲件與該發光件，使其輸出該聲音訊號與該光訊號其中至少之一。

每一智慧音樂盒之該聲音訊號為不同聲音，且每一智慧音樂盒之該光訊號為不同顏色或不同顯示方式。

該控制單元信號連接該等智慧音樂盒，根據接收的該等回饋訊號判斷一建議學習模式，並根據該建議學習模式輸出該等控制訊號。

因此，本發明之目的，即在提供一種可根據學習成效自動調整訓練的智慧音樂教學方法。

於是，本發明智慧音樂教學方法，包含以下步驟：

(A)一控制單元根據一建議學習模式控制複數智慧音樂盒分別發出不同聲音、或不同顏色，或上述兩者。

(B)每一智慧音樂盒將使用者之操作回饋至該控制單元。

(C)該控制單元根據使用者之操作，判斷下一個該建議學習模式。

本發明之功效在於：藉由設置該等智慧音樂盒，並搭配該控制單元根據接收的該等回饋訊號判斷該建議學習模式，以供使用者根據該建議學習模式進行操作練習，可以藉由提供音樂與色彩之不同刺激的訓練，並根據學習成效自動調整訓練的學習模式，如此，可以減少對音樂教師的人力負荷，降低人力成本而有助於普及幼兒音樂教學。

參閱圖1、圖2及圖3，本發明智慧音樂教學系統之一實施例，包含複數智慧音樂盒2及一控制單元3。

每一智慧音樂盒2包括一外殼模組21、一發聲件22、一發光件23、一力感測器24、一傳輸模組25，及一控制器26，並可選地還包括一麥克風27。

該外殼模組21具有一面板211、一框架212、一下板213，及複數設置於該框架212的控制鈕214。該面板211、該框架212與該下板213相配合界定一設置空間215。於本實施例中，是以設置兩個控制鈕214進行說明，該等控制鈕214可以依該面板211上的顯示，而進行各種選項選擇，例如，模式選擇、音量調節、亮度調整等。

該發聲件22用以輸出一聲音訊號，並設置於該設置空間215。其中，每一智慧音樂盒2所設定之該聲音訊號為不同聲音。例如，可為不同音階之聲音，例如，Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si、Do(高音)，或為不同音色之聲音，例如，鋼琴、吉他、長笛…等不同樂器之聲音，或為各種動物之聲音，例如，貓、狗、雞、鴨、青蛙、豬…等，或為各種自然界之聲音，例如，風聲、雨聲、雷聲等。

該發光件23用以輸出一光訊號，並設置於該設置空間215。其中，每一智慧音樂盒2所發出之該光訊號為不同顏色或不同顯示方式。不同顏色例如，可為不同色相，例如，紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等，或為相同色相但不同彩度，例如，暗紅色、紅色、亮紅色等。不同顯示方式例如，恆亮、閃爍等。該發光件23可使用發光元件或發光面板實施，例如，可使用發光二極體(LED，light emitting diode)，或液晶顯示器(LCD，liquid crystal display)等實施。當發光件23亦可與該面板211結合，而以顯示面板實施，此時，該顯示面板除了發出亮光之外，亦可顯示圖像、文字等資訊，或顯示選項供使用者搭配該等控制鈕214進行操控。

該力感測器24連接該面板211，用以感測該面板211受壓之壓力，以輸出一力回饋訊號。該力感測器24使用可感測壓力之元件實施，例如，使用複數分別對應該面板211之角落處設置的應變規241(Strain gauge)實施。

該傳輸模組25用以輸出一回饋訊號至該控制單元3，並接收由該控制單元3輸出的一控制訊號。該傳輸模組25可以使用無線傳輸技術實施，例如，藍牙、Wi-Fi等，或使用有線傳輸技術實施，例如，USB(Universal Serial Bus，如，USB-A、USB-C、micro USB等)。該傳輸模組25亦可同時使用無線傳輸技術與有線傳輸技術進行實施，例如，以無線傳輸技術連接至該控制單元3，並以無線或有線技術進行功能擴充，例如，連接至藍牙喇叭、外接儲存器、記憶卡存取器、錄音器等。

該控制器26信號連接該發聲件22、該發光件23、該力感測器24與該傳輸模組25，接收該力感測訊號，並控制該傳輸模組25輸出相關於該力感測訊號的該回饋訊號，並根據該控制訊號控制該發聲件22與該發光件23，使其輸出該聲音訊號與該光訊號其中至少之一。該控制器26可使用微處理器(Microprocessor)、微控制器(microcontroller unit)，或其他電子電路實施。

於搭配設置該麥克風27收錄聲音時，該控制器26可根據該力感測訊號，於該面板211受壓時控制該發聲件22發出對應的該聲音訊號(或一併發出對應之亮光)，並將該麥克風27所接收之聲音輸出至該控制單元3。

該控制單元3信號連接該等智慧音樂盒2，根據接收的該等回饋訊號判斷一建議學習模式，並根據該建議學習模式輸出該控制訊號。該控制單元3可將該麥克風27所接收之聲音進行儲存，並根據使用者之操作進行播放，或是自動進行播放。

該控制單元3可內存一資料庫模組(圖未示)，其儲存有複數不同之該建議學習模式，該等建議學習模式可區分為不同難度，且可具有各種旋律、音色(各種樂器聲音)、聲音(例如，動物聲音、自然界聲音等)以供選擇，或該控制單元3也可以信號連接一雲端資料庫(圖未示)，而上述該等建議學習模式之相關資料則儲存於該雲端資料庫，並可進行更新。

其中，該控制單元3可使用電腦主機實施，例如，為伺服器(server)。並且，該控制單元3內建一AI模型，以該AI模型判斷該建議學習模式。該AI模型可使用神經網路（Neural Network，NN）模型實施。由於本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知該AI模型之擴充細節，因此不多加說明。

參閱圖1、圖4、圖6及圖7，本發明智慧音樂教學方法之一實施例適用於應用於上述之智慧音樂教學系統，於圖6及圖7中，為說明清楚起見，將該等智慧音樂盒標示為2a~2h。該智慧音樂教學方法包含以下步驟：

步驟41：一控制單元3根據一建議學習模式控制複數智慧音樂盒2分別發出不同聲音、或不同顏色，或上述兩者。

於步驟41中，該控制單元3控制該等智慧音樂盒2進行下列其中一種操作：

(A1)控制其中一智慧音樂盒2發出單音、或發出單一顏色之光、或兩者。例如，如圖6所示，控制該智慧音樂盒2d發出Fa的音階(或發出綠光、或同時發出聲音及綠光)。

(A2)控制多個該智慧音樂盒2a~2h依一預定旋律，同時或依序發出不同音階之聲音。例如，如圖7所示，控制該等智慧音樂盒2a、2c、2e同時發出Do、Mi、Sol的和弦，或是依序發出Do、Mi、Sol的單音。

(A3)控制多個該智慧音樂盒2a~2h依一預定顏色組合，同時或依序發出不同顏色之光。例如，如圖7所示，控制該等智慧音樂盒2a、2c、2e同時發出紅光、黃光、藍光，或是依序發出紅光、黃光、藍光。

於步驟41中，該等智慧音樂盒2發出聲音或顏色後，使用者須跟隨該等智慧音樂盒2之顯示而拍打對應之該智慧音樂盒2，例如，如圖7所示，當該等智慧音樂盒2a、2c、2e依序發出Do、Mi、Sol的單音後，使用者須跟隨依序拍打或按壓該等智慧音樂盒2a、2c、2e。

步驟42：每一智慧音樂盒2將使用者之操作回饋至該控制單元3。

例如，每一智慧音樂盒2回饋受到拍打(壓力)之時間至該控制單元3，或還回饋拍打之壓力值。

步驟43：該控制單元3根據使用者之操作，判斷下一個該建議學習模式。

其中，該控制單元3紀錄一定期間內，每一智慧音樂盒2所回饋的受壓之時間、壓力、當下之聲音形式(例如，音階、音色、或旋律等)與當下之發光形式(例如，顏色組合、恆亮或閃爍等)，並根據上述紀錄判斷下一個該建議學習模式。

例如，該控制單元3可以記錄一定期間內，用戶j拍打該等智慧音樂盒2所產生的事件Ej，其中：

Ej={(Ui,Ti,Mi,Pi,Ci)} ={(U1,T1,M1,P1,C1),(U2,T2,M2,P2,C2)…,(Un,Tn,Mn,Pn,Cn)}；

n為該等智慧音樂盒2的數量，Ui、Ti、Mi、Pi、Ci分別為第i個該智慧音樂盒2之標號、受按壓之時間、當下之聲音形式、受壓之壓力級別、當下之發光形式。該控制單元3即根據上述紀錄進行判斷。上述一定期間是對應於使用者拍打回應所需的時間，可依使用者的狀況(例如，幼兒、復健者、或老人等，當預期需要的反射時間較長時，則預設時間較長之期間)，或旋律及發光顯示對應的時間長度(例如，當旋律較長時，則預設時間較長之期間)而進行設定。

其中，於步驟43中，該控制單元3判斷使用者之操作是否符合一預設之學習評量標準，於符合時，提高下一個該建議學習模式的學習難度，若不符合，降低下一個該建議學習模式的學習難度。例如，可根據反應時間差進行判斷，例如，當發出聲音的時間與使用者拍打的時間之差小於一預定時間時，判斷符合該學習評量標準，若否，則不符合。

其中，於步驟43中，該控制單元3可使用內建的一AI模型進行運算，將上述事件Ej之資料輸入該AI模型，以判斷下一個該建議學習模式。

參閱圖1、圖2、圖4及圖5。搭配設置該麥克風27及相關控制方式時，可以將使用者於按壓拍打時，該等智慧音樂盒2所發出的聲音錄製下來，並由使用者操作該等控制鈕214進行回放，或是自動於使用者停止拍打一段時間(例如，2秒後)後進行回放，以供使用者進一步了解自己的操作情況。

值得說明的是，於步驟41中，該建議學習模式可以是預先設定於該控制器26中，或由使用者預先進行設定(例如，操控該等控制鈕214依該面板211上的顯示進行選擇)，或由下列步驟而預先決定：

步驟51：該控制單元3根據一預設模式控制該等智慧音樂盒2運作。

步驟52：每一智慧音樂盒2將使用者之操作回饋至該控制單元3。

步驟53：該控制單元3根據使用者之操作，判斷該建議學習模式。

其中，該預設模式是預先設定於該控制器26或該控制單元3，用以測試使用者的操作程度。例如，可以是以響起一預定的旋律或顯示一預定的發光顏色組合，並記錄使用者跟隨按壓的時間，以取得使用者的反應時間差，該控制單元3再根據反應時間差與該預設模式的難度來判斷使用者的操作程度，以決定該建議學習模式。

以實際操作之例子作為說明，當要提供幼兒音樂學習課程時，提供幼兒複數智慧音樂盒2，並連線至該控制單元3。於初階課程時，可以先提供8個該等智慧音樂盒2，分別對應至Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si、Do(高音)，而進階課程則依幼兒之學習狀況，而再進一步提供對應往上之數個音階的該等智慧音樂盒2，及對應往下之數個音階的該等智慧音樂盒2。其中，Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si之音階所對應之發光的顏色，可分別對應為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，往上8度之音階則提升亮度，往下則降低亮度，例如，Do為一般亮度之紅色，Do(高音)為亮紅色，Do(低音)則配置為暗紅色，以供識別。

開始使用時，可以由教師設定初始的學習難度(即步驟41中之該建議學習模式)，此時，可以是將其中一個該智慧音樂盒2作為主控制裝置(master)，其他則做為從屬裝置(slave)，教師可以藉由操作作為主控制裝置的該智慧音樂盒2，而設定所有的該等智慧音樂盒2。或是使用步驟51~53，先以該預設模式供幼兒操作，使該控制單元3判斷幼兒目前的操作程度，並自動提供合適學習難度的該建議學習模式。

接著，如步驟41~43所述，幼兒跟隨該建議學習模式下，該等智慧音樂盒2所輸出的聲音(或合併亮光)進行拍打。例如，如圖7所示，當該等智慧音樂盒2a、2c、2e依序發出Do、Mi、Sol的單音後，幼兒須跟隨依序拍打或按壓該等智慧音樂盒2a、2c、2e。接著，該控制單元3根據該等智慧音樂盒2之回饋，判斷幼兒的錯誤率、反應時間等，並據以判斷幼兒的之操作是否符合預設之該學習評量標準，若符合，則提供難度增加的下一個該建議學習模式，若不符合，則提供難度降低的下一個該建議學習模式。如此，以達到可以自動提供符合幼兒學習程度的該建議學習模式，使幼兒能依自身能力循序漸進達成課程。

再者，藉由設置該麥克風27與相關控制方式，還可以將幼兒拍打時所發出的聲音進行錄製與回放，供教師與幼兒聆聽而進一步了解幼兒的操作情況。

值得說明的是，若是要應用於訓練幼兒對聲音的判別時，可以使該等智慧音樂盒2改為輸出例如鋼琴、吉他、長笛…等音色。若是要訓練幼兒的反應能力，或是提供年長者、復健者的反應能力訓練時，也可使該等智慧音樂盒2改為輸出不同色彩的亮光。

經由以上的說明，本實施例的功效如下：

一、藉由設置該等智慧音樂盒2，並搭配該控制單元3根據接收的該等回饋訊號判斷該建議學習模式，以供使用者根據該建議學習模式進行操作練習，可以藉由提供音樂與色彩之不同刺激的訓練，並根據學習成效自動調整訓練的學習模式，如此，可以減少對音樂教師的人力負荷，降低人力成本而有助於普及幼兒音樂教學。

並且，藉由提供聲音及亮光，並以拍打按壓之力量回饋作為判斷基礎，除了可以應用於幼兒的音樂學習，增添課堂上的活潑氣氛以提升學習動力，也可以應用於年長者、復健者的手眼協調能力訓練，增加使用者的手部運動及提升反應速度。

二、藉由使用該等應變規241實施該力感測器24，可以提高承受的壓力值與耐用度，避免幼兒因無法控制拍打力道，而導致該等智慧音樂盒2容易損壞的問題。

三、藉由設置該麥克風27，並搭配錄音回放等控制方式，可以供教師及幼兒進一步了解幼兒之學習狀況，以提升學習成效。

四、藉由根據受壓之時間、壓力、當下之聲音形式與當下之發光形式等進行判斷，可以提高判斷之精準度，而提供更合適學習者的該建議學習模式。

綜上所述，本發明智慧音樂教學系統與智慧音樂教學方法，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2:智慧音樂盒 2a~2h:智慧音樂盒 21:外殼模組 211:面板 212:框架 213:下板 214:控制鈕 215:設置空間 22:發聲件 23:發光件 24:力感測器 241:應變規 25:傳輸模組 26:控制器 27:麥克風 3:控制單元 41~43:步驟 51~53:步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明智慧音樂教學系統的一實施例的一示意圖； 圖2是該實施例的一智慧音樂盒的一分解示意圖； 圖3是該實施例的該智慧音樂盒的一組合示意圖； 圖4是本發明智慧音樂教學方法的一實施例的一流程圖； 圖5是該實施例的另一流程圖，說明一建議學習模式的判斷方式；及 圖6及圖7為示意圖，說明該實施例的應用情況。

2:智慧音樂盒

3:控制單元

Claims (9)

1. 一種智慧音樂教學系統，包含：複數智慧音樂盒，每一智慧音樂盒包括：一發聲件，用以輸出一聲音訊號，一發光件，用以輸出一光訊號，一力感測器，用以感測受壓之壓力並輸出一力感測訊號，一傳輸模組，用以輸出一回饋訊號，並接收一控制訊號，及一控制器，信號連接該發聲件、該發光件、該力感測器與該傳輸模組，接收該力感測訊號，並控制該傳輸模組輸出相關於該力感測訊號的該回饋訊號，並根據該控制訊號控制該發聲件與該發光件，使其輸出該聲音訊號與該光訊號其中至少之一，每一智慧音樂盒之該聲音訊號為不同聲音形式，且每一智慧音樂盒之該光訊號為不同顏色或不同顯示方式；及一控制單元，信號連接該等智慧音樂盒，儲存有複數不同之建議學習模式，該等建議學習模式區分為不同難度，且對應於各種旋律、或音色、或聲音、或發光顏色組合、或聲音形式及發光顏色組合，該控制單元接收該等回饋訊號，並根據每一該智慧音樂盒受壓之時間、壓力、當下之聲音形式與當下之發光形式，判斷下一個該建議學習模式，並根據下一個該建議學習模式輸出對應 之該等控制訊號，而使該等智慧音樂盒發聲、或發光、或同時發聲及發光。
2. 如請求項1所述的智慧音樂教學系統，其中，每一智慧音樂盒還包括一面板，該力感測器具有複數連接該面板的應變規，該等應變規用以感測該面板受壓之壓力，以輸出該力回饋訊號。
3. 如請求項1所述的智慧音樂教學系統，其中，每一智慧音樂盒還包括一用以接收聲音且信號連接該控制器的麥克風，該控制器根據該力感測訊號，於受壓時控制該發聲件發出該聲音訊號，並將該麥克風所接收之聲音輸出至該控制單元儲存。
4. 一種智慧音樂教學方法，包含以下步驟：(A)一控制單元根據一建議學習模式控制複數智慧音樂盒分別發出不同聲音、或不同顏色，或上述兩者；(B)每一智慧音樂盒回饋受壓之壓力、與受壓之時間至該控制單元；及(C)該控制單元紀錄一定期間內，每一智慧音樂盒受壓之時間、壓力、當下之聲音形式與當下之發光形式，並根據上述紀錄判斷下一個該建議學習模式。
5. 如請求項4所述的智慧音樂教學方法，其中，於步驟(A)前，還包含下列步驟：(D)該控制單元根據一預設模式控制該等智慧音樂盒運作；(E)每一智慧音樂盒回饋受壓之時間至該控制單元；及 (F)該控制單元根據每一智慧音樂盒受壓之時間與該預設模式的難度，判斷該建議學習模式。
6. 如請求項4所述的智慧音樂教學方法，其中，於步驟(C)中，該控制單元判斷使用者施壓該等智慧音樂盒的反應時間差是否小於一預定時間，若是，提高下一個該建議學習模式的學習難度，若否，降低下一個該建議學習模式的學習難度。
7. 如請求項4所述的智慧音樂教學方法，其中，於步驟(A)中，該控制單元控制該等智慧音樂盒進行下列其中一種操作：(A1)控制其中一智慧音樂盒發出單音、或發出單一顏色之光、或兩者；(A2)控制多個該智慧音樂盒依一預定旋律，同時或依序發出不同音階之聲音；及(A3)控制多個該智慧音樂盒依一預定顏色組合，同時或依序發出不同顏色之光。
8. 如請求項4所述的智慧音樂教學方法，還包含以下步驟：(G)以其中一個該智慧音樂盒為主控制裝置，其他則做為從屬裝置，並由作為主控制裝置的該智慧音樂盒設定其他的該智慧音樂盒。
9. 如請求項4所述的智慧音樂教學方法，還包含以下步驟：(H)每一該智慧音樂盒於受壓時發出對應之聲音，並儲存所發出的聲音。

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