音乐和运动如何帮助孩子理解数学

对于许多在学校学习数学或科学的孩子来说，盯着页面上的一排排数字或公式可能会令人反感。但是音乐、绘画甚至身体运动正在为向年轻人教授复杂的科目提供有前途的新方法。

小提琴弦的弦乐或鼓的节拍乍一看似乎与物理、分数或角度没有什么关系。事实上，传统上，科学和音乐等艺术科目在教育中是完全分开对待的。

但研究人员认为，打破科学与艺术之间的任意障碍可以帮助学生更轻松地掌握棘手的概念。它正在引领一种新的教学方式，旨在将科学、技术、工程、艺术和数学结合起来，统称为 STEAM。

“我们正在努力让教育界了解这种 STEAM 学习方法，”希腊雅典雅典娜研究中心语言和语音处理研究所的 Vassilis Katsouros 博士说，他是一个名为iMuSciCA的项目的协调员。“当你把艺术和 STEM 学科的人聚集在一起时，他们可以一起工作，产生非常有创意的想法。”

这种跨学科合作在大学和工业界越来越普遍，往往会导致技术、科学和艺术领域的新发展。Katsouros 博士和他的同事希望在早期阶段引入这种思维方式。

波浪理论

该iMuSciCA项目用音乐教中学的孩子大约像数学物理方程和波浪理论艰深的概念。学生在计算机上设计虚拟乐器，他们可以在其中改变其物理特性，以了解这如何影响其产生的声音。

“如果他们改变构成琴弦的金属，那么琴弦的振动方式及其产生的声音波形就会不同，”Katsouros 博士解释说。“学生可以看到材料的密度如何影响声音并看到它产生的声波。它可以帮助他们理解频率和幅度等概念。”

该团队创建了一个在线“工作台”，允许教师将作为 iMuSciCA 一部分开发的技术和工具融入他们的课程中。通过在线工具，学生可以使用 iMuSciCA 程序创建弦乐器或打击乐器。

该技术还可以通过演示改变表面的形状或方向如何改变声音反射的方式，使学生能够学习其他更高层次的概念，如几何和对称。它还可以提供对随机性和周期性的洞察。

鼓励学生团队合作创作自己的音乐，甚至在 3D 打印的帮助下创建他们在线设计的乐器的实体版本。在一次试点活动中，学生们也组成了一个乐队一起表演。

“目前这些只是管乐器，因为塑料 3D 打印比金属等材料更便宜、更容易，”Katsouros 博士说。

迄今为止，iMuSciCA 已在希腊、法国和比利时的 10 所学校进行试点，涉及 300 多名 15-16 岁的学生。60 名教师还参加了研讨会，学习如何将音乐工具融入课程中。

RobotAngle 旨在通过移动手臂帮助儿童理解锐角、钝角和直角。图片来源：地平线：研究与创新杂志

动机

“我们仍在衡量和分析它所产生的影响，”Katsouros 博士说。“但我们看到学生的积极性大大增加。这个年龄段的学生对音乐非常熟悉和感兴趣，所以似乎与他们有联系。”

但音乐不仅提供了教授青少年科学和数学知识的新方法。研究人员一直在将其与身体运动、拍手和触摸物体相结合，以开发教年幼儿童的新方法。

“视觉信息并不总是传达几何或算术等事物的最佳方式，”热那亚 Istituto Italiano di Tecnologia 的神经科学家、WeDraw项目的协调员 Monica Gori 博士说。

她的团队一直在用技术创造一系列游戏，鼓励 8 岁以下的儿童用身体创造角度或玩声音。

一款名为 RobotAngle 的游戏使用运动感应摄像头来检测学生何时将手臂举过头顶以形成角度。每个角度都与不同的音符相关联，类似于小提琴的音符，高音用于锐角，低音用于钝角。

相同的系统允许孩子们通过张开手臂来改变分子和腿来改变分母来创建分数。鼓掌也被用来在屏幕上的移动点上及时触发鼓点，再次帮助通过使用节奏来教孩子们关于分数的知识。

另一款名为笛卡尔花园的游戏允许孩子们在虚拟环境中通过在房间里走动来收集物体来绘制形状。第三个称为 Spaceshape，通过鼓励孩子们在触摸屏上绘制和移动它们来教孩子们了解三维形状。

测试

WeDraw 团队在、爱尔兰和英国的小学进行了初步测试，有 200 多名儿童在 10 个不同的班级尝试了这些游戏。在每个班级中，半个班级每天使用 15 分钟的多感官游戏作为课程的一部分，另一半班级使用使用传统视觉技术的简化版游戏进行教学。

“我们看到大多数孩子的情况有所改善，”戈里博士说。“例如，对于 Spaceshape 游戏，我们看到了对形状和 3D 运动的理解。”

但有些改善似乎只在特定年龄组中才明显。例如，该团队只看到 7 岁儿童对分数和形状的理解有所提高。

'“这是他们应该开始理解这些概念的年龄，因此对潜在的好处更加敏感，”戈里博士说。

该团队还一直在开发多感官技术，以便有阅读障碍或视力障碍的学生可以使用它们。例如，使用与声音相关的身体运动确实可以帮助盲童理解角度。

Gori 博士补充说，他们希望在未来将音乐和身体动作进一步结合起来，将舞蹈用作教学工具。

“到目前为止，我们一直在使用手臂动作、拍手和声音，但将来使用舞蹈会很好，”她说。