潘登遠(yuǎn)

摘 要：基于虛擬儀器實驗與計算機模擬實驗的不同，進行了實踐。

關(guān)鍵詞：聲學(xué)；虛擬專波器；實物樂器

虛擬儀器是利用現(xiàn)有計算機設(shè)備，配合獨特設(shè)計的軟件，用以實現(xiàn)普通實驗儀器的部分功能同時也能完成一些在普通儀器上無法實現(xiàn)的功能的工具。利用虛擬儀器進行實驗是筆者近年在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)實驗班嘗試的一種新的教學(xué)手段。

虛擬儀器實驗不同于以往所說的多媒體教學(xué)（CAI）中的計算機模擬實驗，多媒體教學(xué)中的這類實驗中的一切都是利用計算機軟件按照物理規(guī)律模擬出來的，屬于純軟件性質(zhì)的模擬，這類實驗由于完全建立在軟件模擬的基礎(chǔ)上，其真實感不強，在長期接觸計算機的網(wǎng)絡(luò)班學(xué)生眼中，更是缺乏可信度。而虛擬儀器實驗則屬于軟硬件結(jié)合型，其數(shù)據(jù)的采集雖然通過計算機進行，但數(shù)據(jù)的來源卻是真實的物理狀態(tài)，計算機在此所起的相當(dāng)于數(shù)據(jù)啟示錄儀和數(shù)據(jù)處理機的作用。和常見的傳感器實驗相比，虛擬儀器則具有設(shè)備的依賴性低，可移植性強等優(yōu)點。筆者以初中聲學(xué)中“音色”的教學(xué)為例，對這一方法做一粗淺的介紹，希望能起到拋磚引玉的作用。

在聲學(xué)的教學(xué)中，學(xué)生可以很容易地掌握聲音的音調(diào)、響度這兩個概念，但對于大多數(shù)未曾受過特別的音樂訓(xùn)練的學(xué)生而言，要理解用于描述聲音的另一概念——“音色”，就不是那么容易了，當(dāng)然，課本上有相應(yīng)的插圖，但一則種類太少，二來圖片本身是靜態(tài)的，對于識圖能力尚屬一般的初中學(xué)生而言，插圖能起的作用是極其有限的。

要解決這一問題的辦法不是沒有：利用麥克風(fēng)獲取不同發(fā)聲體的聲音信號，再借助示波器展示波型，這樣似乎可以解決問題，但一則示波器的顯示面積太小，在講臺上演示能見度很低，教室后方的學(xué)生根本無法看清屏幕上的圖像；二來，普通聲源形成的波形由于泛音很多，要調(diào)節(jié)示波器的同步非常困難，示波器上的波形圖并不穩(wěn)定；三則示波形不存在存儲功能，得到的波形無法保留，在對兩種樂器的波形進行比較時，只有依靠人的不太可靠的記憶進行，而用兩臺示波器同時進行實驗時又很難保證聲音信號之間互相干擾。當(dāng)然，還有一個相對而言不太重要的問題是畢業(yè)多年的教師本身若非臨陣磨槍的練習(xí)，是很難保證正確而熟練地操作好示波器的。

至于利用示波器進行分組實驗的可能性則接近于零，且不說沒有一個學(xué)校會配備如此之多的示波器，就算是配備了如此之多的設(shè)備，初中學(xué)生也無法真正掌握復(fù)雜的示波器操作方法，更別說順利地用它進行實驗了。

而在該節(jié)的教學(xué)中，筆者采用了虛擬示波器、MIDI（電子合成音樂）和實物樂器相結(jié)合進行實驗的方式進行嘗試，取得了較好的效果，以下是主要的操作步驟：

1.通過實物樂器（這些樂器課前通知由學(xué)生自備，由于該班級學(xué)生有數(shù)位校樂隊隊員，加之該班學(xué)生音樂素養(yǎng)較佳，故所帶的樂器種類不少，如黑管、長號、口琴、豎笛、吉他、單簧管等，加上教師“贊助”的部分樂器，可謂五花八門）獲得聲音信號。

2.利用學(xué)生教室配備的耳麥（學(xué)生為一人一機且每機均配備耳麥）將聲音信號轉(zhuǎn)成電信號，通過聲卡的MIC輸入口將得到的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入計算機。

3.開啟虛擬示波器軟件，即時獲得聲音的波形，利用該軟件的截圖功能截取各種樂器的聲音波形圖。（截取不同樂器演奏同一音的波形、同一樂器演奏不同音的波形、同一樂器用不同音量演奏同一音的波形等。由于軟件操作簡單，學(xué)生可在短時間內(nèi)掌握其基本功能），以下是幾組學(xué)生在實驗過程中保留下來的波形圖。（出于印刷效果考慮，圖片做過色彩反轉(zhuǎn)處理，原背景為黑色）

4.利用MIDI音樂制作軟件模擬不同樂器演奏同一樂曲，學(xué)生邊欣賞邊分辨樂器的種類，對不同樂器的音色形成感性認(rèn)識。

5.利用虛擬示波器軟件觀察MIDI音樂中不同樂器的聲音波形，并與之前獲得的同型實物樂器的音色進行比較，看其中的異同。

通過該節(jié)課的教學(xué)，筆者覺得這一實驗方法的優(yōu)點主要有以下幾個方面：（1）能見度較之講臺上的演示要高得多；（2）可重復(fù)性好；（3）動態(tài)實驗較之靜態(tài)圖片更具直觀性；（4）充分利用了網(wǎng)絡(luò)班現(xiàn)有設(shè)備，無需耗費巨資購置儀器，新虛擬儀器的添加只占計算機存儲空間，無需浪費學(xué)校人力資源進行管理；（5）較之生硬的插圖，動手實驗有利于學(xué)生興趣的養(yǎng)成；（6）有利于學(xué)生形成“物理就在我身邊”的感覺（筆者為此特地請任教的音樂教師一起上了一節(jié)音樂與物理相結(jié)合的課）。在課堂上，筆者充分感受到了學(xué)生探索的熱情和獲取知識的滿足與愉悅，學(xué)生學(xué)得愉快，教師也自然樂在其中。

在該節(jié)的教學(xué)中，采用此方法進行教學(xué)的效果是顯而易見的。但筆者撰寫本文的目的并不僅是向同行推薦這一方法。筆者作為國內(nèi)計算機多媒體教學(xué)的早期參與者，經(jīng)歷了多媒體教學(xué)從盛到衰的過程。對于形式主義和功利心態(tài)在扼殺種種新生教學(xué)手段方面的威力深有體會。為文的目的不是要介紹某一節(jié)課的上法，而是希望借此傳達(dá)一個觀念，即每一個學(xué)校，甚至每一名教師，教學(xué)的基本目的雖然相似，但身處的教學(xué)環(huán)境各不相同，教學(xué)的實際方法和手段就應(yīng)千變?nèi)f化，不囿于常規(guī)，為人師者應(yīng)根據(jù)環(huán)境的變化而調(diào)整或創(chuàng)造出最適合自己、也最適合教學(xué)環(huán)境的教法，而不受限于教師本人求學(xué)期間所接受和掌握的大眾化的教學(xué)模式?！暗歉叨?，臂非加長也，而見者遠(yuǎn)；順風(fēng)而呼，聲非加疾也，而聞?wù)哒谩?，教學(xué)也是如此，要提高教學(xué)效率，取得最佳的教學(xué)效果，同樣要做到“善假于物”。

（另，筆者使用的是“虛擬儀器0.94”，網(wǎng)上相似的示波器及其使用說明很多，用關(guān)鍵詞“虛擬示波器+使用說明”即可找到，限于篇幅，這里不再贅述。）

（作者單位 福建廈門集美中學(xué)）

摘 要：基于虛擬儀器實驗與計算機模擬實驗的不同，進行了實踐。

關(guān)鍵詞：聲學(xué)；虛擬專波器；實物樂器

虛擬儀器是利用現(xiàn)有計算機設(shè)備，配合獨特設(shè)計的軟件，用以實現(xiàn)普通實驗儀器的部分功能同時也能完成一些在普通儀器上無法實現(xiàn)的功能的工具。利用虛擬儀器進行實驗是筆者近年在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)實驗班嘗試的一種新的教學(xué)手段。

虛擬儀器實驗不同于以往所說的多媒體教學(xué)（CAI）中的計算機模擬實驗，多媒體教學(xué)中的這類實驗中的一切都是利用計算機軟件按照物理規(guī)律模擬出來的，屬于純軟件性質(zhì)的模擬，這類實驗由于完全建立在軟件模擬的基礎(chǔ)上，其真實感不強，在長期接觸計算機的網(wǎng)絡(luò)班學(xué)生眼中，更是缺乏可信度。而虛擬儀器實驗則屬于軟硬件結(jié)合型，其數(shù)據(jù)的采集雖然通過計算機進行，但數(shù)據(jù)的來源卻是真實的物理狀態(tài)，計算機在此所起的相當(dāng)于數(shù)據(jù)啟示錄儀和數(shù)據(jù)處理機的作用。和常見的傳感器實驗相比，虛擬儀器則具有設(shè)備的依賴性低，可移植性強等優(yōu)點。筆者以初中聲學(xué)中“音色”的教學(xué)為例，對這一方法做一粗淺的介紹，希望能起到拋磚引玉的作用。

在聲學(xué)的教學(xué)中，學(xué)生可以很容易地掌握聲音的音調(diào)、響度這兩個概念，但對于大多數(shù)未曾受過特別的音樂訓(xùn)練的學(xué)生而言，要理解用于描述聲音的另一概念——“音色”，就不是那么容易了，當(dāng)然，課本上有相應(yīng)的插圖，但一則種類太少，二來圖片本身是靜態(tài)的，對于識圖能力尚屬一般的初中學(xué)生而言，插圖能起的作用是極其有限的。

要解決這一問題的辦法不是沒有：利用麥克風(fēng)獲取不同發(fā)聲體的聲音信號，再借助示波器展示波型，這樣似乎可以解決問題，但一則示波器的顯示面積太小，在講臺上演示能見度很低，教室后方的學(xué)生根本無法看清屏幕上的圖像；二來，普通聲源形成的波形由于泛音很多，要調(diào)節(jié)示波器的同步非常困難，示波器上的波形圖并不穩(wěn)定；三則示波形不存在存儲功能，得到的波形無法保留，在對兩種樂器的波形進行比較時，只有依靠人的不太可靠的記憶進行，而用兩臺示波器同時進行實驗時又很難保證聲音信號之間互相干擾。當(dāng)然，還有一個相對而言不太重要的問題是畢業(yè)多年的教師本身若非臨陣磨槍的練習(xí)，是很難保證正確而熟練地操作好示波器的。

至于利用示波器進行分組實驗的可能性則接近于零，且不說沒有一個學(xué)校會配備如此之多的示波器，就算是配備了如此之多的設(shè)備，初中學(xué)生也無法真正掌握復(fù)雜的示波器操作方法，更別說順利地用它進行實驗了。

而在該節(jié)的教學(xué)中，筆者采用了虛擬示波器、MIDI（電子合成音樂）和實物樂器相結(jié)合進行實驗的方式進行嘗試，取得了較好的效果，以下是主要的操作步驟：

1.通過實物樂器（這些樂器課前通知由學(xué)生自備，由于該班級學(xué)生有數(shù)位校樂隊隊員，加之該班學(xué)生音樂素養(yǎng)較佳，故所帶的樂器種類不少，如黑管、長號、口琴、豎笛、吉他、單簧管等，加上教師“贊助”的部分樂器，可謂五花八門）獲得聲音信號。

2.利用學(xué)生教室配備的耳麥（學(xué)生為一人一機且每機均配備耳麥）將聲音信號轉(zhuǎn)成電信號，通過聲卡的MIC輸入口將得到的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入計算機。

3.開啟虛擬示波器軟件，即時獲得聲音的波形，利用該軟件的截圖功能截取各種樂器的聲音波形圖。（截取不同樂器演奏同一音的波形、同一樂器演奏不同音的波形、同一樂器用不同音量演奏同一音的波形等。由于軟件操作簡單，學(xué)生可在短時間內(nèi)掌握其基本功能），以下是幾組學(xué)生在實驗過程中保留下來的波形圖。（出于印刷效果考慮，圖片做過色彩反轉(zhuǎn)處理，原背景為黑色）

4.利用MIDI音樂制作軟件模擬不同樂器演奏同一樂曲，學(xué)生邊欣賞邊分辨樂器的種類，對不同樂器的音色形成感性認(rèn)識。

5.利用虛擬示波器軟件觀察MIDI音樂中不同樂器的聲音波形，并與之前獲得的同型實物樂器的音色進行比較，看其中的異同。

通過該節(jié)課的教學(xué)，筆者覺得這一實驗方法的優(yōu)點主要有以下幾個方面：（1）能見度較之講臺上的演示要高得多；（2）可重復(fù)性好；（3）動態(tài)實驗較之靜態(tài)圖片更具直觀性；（4）充分利用了網(wǎng)絡(luò)班現(xiàn)有設(shè)備，無需耗費巨資購置儀器，新虛擬儀器的添加只占計算機存儲空間，無需浪費學(xué)校人力資源進行管理；（5）較之生硬的插圖，動手實驗有利于學(xué)生興趣的養(yǎng)成；（6）有利于學(xué)生形成“物理就在我身邊”的感覺（筆者為此特地請任教的音樂教師一起上了一節(jié)音樂與物理相結(jié)合的課）。在課堂上，筆者充分感受到了學(xué)生探索的熱情和獲取知識的滿足與愉悅，學(xué)生學(xué)得愉快，教師也自然樂在其中。

在該節(jié)的教學(xué)中，采用此方法進行教學(xué)的效果是顯而易見的。但筆者撰寫本文的目的并不僅是向同行推薦這一方法。筆者作為國內(nèi)計算機多媒體教學(xué)的早期參與者，經(jīng)歷了多媒體教學(xué)從盛到衰的過程。對于形式主義和功利心態(tài)在扼殺種種新生教學(xué)手段方面的威力深有體會。為文的目的不是要介紹某一節(jié)課的上法，而是希望借此傳達(dá)一個觀念，即每一個學(xué)校，甚至每一名教師，教學(xué)的基本目的雖然相似，但身處的教學(xué)環(huán)境各不相同，教學(xué)的實際方法和手段就應(yīng)千變?nèi)f化，不囿于常規(guī)，為人師者應(yīng)根據(jù)環(huán)境的變化而調(diào)整或創(chuàng)造出最適合自己、也最適合教學(xué)環(huán)境的教法，而不受限于教師本人求學(xué)期間所接受和掌握的大眾化的教學(xué)模式?！暗歉叨?，臂非加長也，而見者遠(yuǎn)；順風(fēng)而呼，聲非加疾也，而聞?wù)哒谩?，教學(xué)也是如此，要提高教學(xué)效率，取得最佳的教學(xué)效果，同樣要做到“善假于物”。

（另，筆者使用的是“虛擬儀器0.94”，網(wǎng)上相似的示波器及其使用說明很多，用關(guān)鍵詞“虛擬示波器+使用說明”即可找到，限于篇幅，這里不再贅述。）

（作者單位 福建廈門集美中學(xué)）

摘 要：基于虛擬儀器實驗與計算機模擬實驗的不同，進行了實踐。

關(guān)鍵詞：聲學(xué)；虛擬專波器；實物樂器

虛擬儀器是利用現(xiàn)有計算機設(shè)備，配合獨特設(shè)計的軟件，用以實現(xiàn)普通實驗儀器的部分功能同時也能完成一些在普通儀器上無法實現(xiàn)的功能的工具。利用虛擬儀器進行實驗是筆者近年在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)實驗班嘗試的一種新的教學(xué)手段。

虛擬儀器實驗不同于以往所說的多媒體教學(xué)（CAI）中的計算機模擬實驗，多媒體教學(xué)中的這類實驗中的一切都是利用計算機軟件按照物理規(guī)律模擬出來的，屬于純軟件性質(zhì)的模擬，這類實驗由于完全建立在軟件模擬的基礎(chǔ)上，其真實感不強，在長期接觸計算機的網(wǎng)絡(luò)班學(xué)生眼中，更是缺乏可信度。而虛擬儀器實驗則屬于軟硬件結(jié)合型，其數(shù)據(jù)的采集雖然通過計算機進行，但數(shù)據(jù)的來源卻是真實的物理狀態(tài)，計算機在此所起的相當(dāng)于數(shù)據(jù)啟示錄儀和數(shù)據(jù)處理機的作用。和常見的傳感器實驗相比，虛擬儀器則具有設(shè)備的依賴性低，可移植性強等優(yōu)點。筆者以初中聲學(xué)中“音色”的教學(xué)為例，對這一方法做一粗淺的介紹，希望能起到拋磚引玉的作用。

在聲學(xué)的教學(xué)中，學(xué)生可以很容易地掌握聲音的音調(diào)、響度這兩個概念，但對于大多數(shù)未曾受過特別的音樂訓(xùn)練的學(xué)生而言，要理解用于描述聲音的另一概念——“音色”，就不是那么容易了，當(dāng)然，課本上有相應(yīng)的插圖，但一則種類太少，二來圖片本身是靜態(tài)的，對于識圖能力尚屬一般的初中學(xué)生而言，插圖能起的作用是極其有限的。

要解決這一問題的辦法不是沒有：利用麥克風(fēng)獲取不同發(fā)聲體的聲音信號，再借助示波器展示波型，這樣似乎可以解決問題，但一則示波器的顯示面積太小，在講臺上演示能見度很低，教室后方的學(xué)生根本無法看清屏幕上的圖像；二來，普通聲源形成的波形由于泛音很多，要調(diào)節(jié)示波器的同步非常困難，示波器上的波形圖并不穩(wěn)定；三則示波形不存在存儲功能，得到的波形無法保留，在對兩種樂器的波形進行比較時，只有依靠人的不太可靠的記憶進行，而用兩臺示波器同時進行實驗時又很難保證聲音信號之間互相干擾。當(dāng)然，還有一個相對而言不太重要的問題是畢業(yè)多年的教師本身若非臨陣磨槍的練習(xí)，是很難保證正確而熟練地操作好示波器的。

至于利用示波器進行分組實驗的可能性則接近于零，且不說沒有一個學(xué)校會配備如此之多的示波器，就算是配備了如此之多的設(shè)備，初中學(xué)生也無法真正掌握復(fù)雜的示波器操作方法，更別說順利地用它進行實驗了。

而在該節(jié)的教學(xué)中，筆者采用了虛擬示波器、MIDI（電子合成音樂）和實物樂器相結(jié)合進行實驗的方式進行嘗試，取得了較好的效果，以下是主要的操作步驟：

1.通過實物樂器（這些樂器課前通知由學(xué)生自備，由于該班級學(xué)生有數(shù)位校樂隊隊員，加之該班學(xué)生音樂素養(yǎng)較佳，故所帶的樂器種類不少，如黑管、長號、口琴、豎笛、吉他、單簧管等，加上教師“贊助”的部分樂器，可謂五花八門）獲得聲音信號。

2.利用學(xué)生教室配備的耳麥（學(xué)生為一人一機且每機均配備耳麥）將聲音信號轉(zhuǎn)成電信號，通過聲卡的MIC輸入口將得到的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號輸入計算機。

3.開啟虛擬示波器軟件，即時獲得聲音的波形，利用該軟件的截圖功能截取各種樂器的聲音波形圖。（截取不同樂器演奏同一音的波形、同一樂器演奏不同音的波形、同一樂器用不同音量演奏同一音的波形等。由于軟件操作簡單，學(xué)生可在短時間內(nèi)掌握其基本功能），以下是幾組學(xué)生在實驗過程中保留下來的波形圖。（出于印刷效果考慮，圖片做過色彩反轉(zhuǎn)處理，原背景為黑色）

4.利用MIDI音樂制作軟件模擬不同樂器演奏同一樂曲，學(xué)生邊欣賞邊分辨樂器的種類，對不同樂器的音色形成感性認(rèn)識。

5.利用虛擬示波器軟件觀察MIDI音樂中不同樂器的聲音波形，并與之前獲得的同型實物樂器的音色進行比較，看其中的異同。

通過該節(jié)課的教學(xué)，筆者覺得這一實驗方法的優(yōu)點主要有以下幾個方面：（1）能見度較之講臺上的演示要高得多；（2）可重復(fù)性好；（3）動態(tài)實驗較之靜態(tài)圖片更具直觀性；（4）充分利用了網(wǎng)絡(luò)班現(xiàn)有設(shè)備，無需耗費巨資購置儀器，新虛擬儀器的添加只占計算機存儲空間，無需浪費學(xué)校人力資源進行管理；（5）較之生硬的插圖，動手實驗有利于學(xué)生興趣的養(yǎng)成；（6）有利于學(xué)生形成“物理就在我身邊”的感覺（筆者為此特地請任教的音樂教師一起上了一節(jié)音樂與物理相結(jié)合的課）。在課堂上，筆者充分感受到了學(xué)生探索的熱情和獲取知識的滿足與愉悅，學(xué)生學(xué)得愉快，教師也自然樂在其中。

在該節(jié)的教學(xué)中，采用此方法進行教學(xué)的效果是顯而易見的。但筆者撰寫本文的目的并不僅是向同行推薦這一方法。筆者作為國內(nèi)計算機多媒體教學(xué)的早期參與者，經(jīng)歷了多媒體教學(xué)從盛到衰的過程。對于形式主義和功利心態(tài)在扼殺種種新生教學(xué)手段方面的威力深有體會。為文的目的不是要介紹某一節(jié)課的上法，而是希望借此傳達(dá)一個觀念，即每一個學(xué)校，甚至每一名教師，教學(xué)的基本目的雖然相似，但身處的教學(xué)環(huán)境各不相同，教學(xué)的實際方法和手段就應(yīng)千變?nèi)f化，不囿于常規(guī)，為人師者應(yīng)根據(jù)環(huán)境的變化而調(diào)整或創(chuàng)造出最適合自己、也最適合教學(xué)環(huán)境的教法，而不受限于教師本人求學(xué)期間所接受和掌握的大眾化的教學(xué)模式。“登高而招，臂非加長也，而見者遠(yuǎn)；順風(fēng)而呼，聲非加疾也，而聞?wù)哒谩?，教學(xué)也是如此，要提高教學(xué)效率，取得最佳的教學(xué)效果，同樣要做到“善假于物”。

（另，筆者使用的是“虛擬儀器0.94”，網(wǎng)上相似的示波器及其使用說明很多，用關(guān)鍵詞“虛擬示波器+使用說明”即可找到，限于篇幅，這里不再贅述。）

（作者單位 福建廈門集美中學(xué)）