一、電腦輔助樂器教學的功能和優點
電腦輔助樂器教學(Computer-assisted musical instrumental tutoring, CAMIT)的 發展，是為了提昇教師的樂器教學與改善學生的自我練習，特別是協助樂器初學 者提昇練習的效率。由於樂器學習與其它學科不同之處在於樂器演奏除了一般學 科所要求的知識理解外，還須透過技能的反覆練習(Percival, Wang, & Tzanetakis, 2007)。但在練習的過程中，初學者通常缺乏足夠的知識覺察自己的錯誤(Yin, Wang, & Hsu, 2005)。以基本的樂器調音而言，即使傳統上會藉由音叉發出的標準 音來調音，初學者也無法分辨標準音和實際演奏音兩者之間的差別，而在毫不自 覺的狀況下，重覆練習著錯誤的音，使得練習效率低落。此外，一再重覆的技巧 練習對初學者而言，不僅枯燥乏味，學習者也容易因缺乏立即的成就感及回饋而 感到興趣低落，甚至中斷樂器學習之路(Percival et al., 2007)。
近年來，國內外已有研究著重於電腦輔助樂器教學及系統設計來改善樂器學 習的困境。透過電腦輔助樂器學習的應用，能將初學者尚無法以聽力分辨的音符 特性，如音高、音長與強弱等，透過視覺化的方式以圖像呈現，有助於學習者在 個人練習時能學習區辨，提昇個人技巧；同時也能藉由系統分析吹奏的正確性，
提供演奏表現的回饋，不僅能加強學習者的學習動機，也能提昇練習效率 (Fober, Letz, & Orlarey, 2007)。相較之下，在針對提昇教師的樂器教學與改善學生的自我 練習之相關研究中，前者的研究發展較後者少；可能原因是學生在家自己練習的 時間相對較多，一天約有一小時的自我練習時間，但與老師相處的時間較少，一 週通常僅有一小時的上課時間，因此針對提昇教師教學的研究相對較少(Percival et al., 2007)。
二、電腦輔助樂器教學系統之研究
電腦輔助樂器教學系統依其學習內容可分為兩類：第一類是為解決特定問 題、有特定目標的計畫，如 Saxophone 和 Family Ensemble 等。第二類則是針對 整體的樂器吹奏學習而設計，多應用在學生個人的自我學習和遠距教學(Percival et al., 2007)，如：Piano Tutor、Digital Violin Tutor、IMUTUS 和 VEMUS 等。
(一)解決特定問題之系統研究 1. Saxophone
本系統為提昇薩克斯風學習者的運氣控制能力所設計。系統以視覺化方式分 析學習者在音準和音量上的穩定度，以精確預估其整體的吹奏能力。多數的教學 系統是針對初學者，但本系統設計對象從初學者到專家都可使用。
系統提供演奏分析、錯誤偵測以及視覺化回饋的工具。除了聚焦於運氣的課 程設計外，也將演奏音的音準和音量以視覺化方式呈現。研究結果發現，學習者 因為系統提供的視覺化回饋，在練習中能夠發現自己的缺點而加強特定技巧的練 習，使得練習有明顯進步。在班級教學的情境下，教師也可根據系統的評分了解 學生的技巧能力，進而選擇適合該班的技巧練習教本(Robine, Percival, & Lagrange, 2007)。
2. Family Ensemble (FE)
FE 是專為親子鋼琴合奏所設計的音樂合作學習系統；能使只有初淺程度或 完全沒有樂器演奏經驗的家長可以和孩子在家享受鋼琴合奏的樂趣，解決家長想 陪伴孩子練習、卻因技巧不足等因素而作罷的窘境。
系統可即時偵測第一部的學生在譜上的演奏位置，並根據追蹤結果，找到第 二部的家長在該時間點應彈奏相對應的音；因此即便家長彈錯琴鍵，系統也會用 正確的音取代。演奏時，家長可使用任何鍵演奏出正確的音符，且系統會保留彈 奏音的特性，如：音量、長度；因此家長能依自己的想法詮釋音樂、跟著第一部
進行合奏。但 FE 強調並不直接支援第一部的學生彈奏，因此無損學生和教師間 的學習歷程。
研究結果顯示，使用 FE 能促使學生更認真練習鋼琴；親子間會開始討論對 音樂詮釋的想法，讓演奏具有更豐富的音樂性。研究也提出建構兼具教育及娛樂 雙重功能的音樂教育系統應具備之面相，包含系統應與人互動、而非電腦；透過 聆聽演奏來瞭解錯誤；給予學習者成長空間，如：系統不應該干擾或介入音樂表 達詮釋(Oshima, Nishimoto, & Suzuki, 2004)。
(二)針對整體演奏學習的系統
第二類系統是針對整體的樂器吹奏學習而設計。系統會提供完整的學習單 元，由學生自行選擇適合程度的樂曲，並練習演奏完整的曲子，再由電腦分析演 奏表現、適時提供回饋，如：Piano Tutor、Digital Violin Tutor、IMUTUS 和 VEMUS 等(Percival et al., 2007)。前兩者分別針對鋼琴和小提琴之初學者所設計；後兩者 之設計對象包含直笛學習者，將另於本章第三節中詳述。
1. Piano Tutor
Piano Tutor 是利用電腦多媒體來支援鋼琴初學者的教學系統。系統建置完整 的教學課程，介紹鋼琴演奏的基礎知識觀念，如：記譜、音準、節奏和音樂結構 等，並可為學生設計個別的新課程，建立如同一對一教學的師生關係。
系統特色是將學生的知識狀態模組化，成為一系列的「技能組」(skill set)；
並採用教學設計的觀念來發展課程，建置大量的學習單元。系統可依據學生已具 備之技能、觀念，選擇符合其能力之學習單元，組合成學生的個別學習課程；藉 此發展自動化的教學策略，讓電腦能利用課程進度來模擬學生的進步情形。
教學系統整合影像、音樂記譜、數位化聲音、合成音樂和圖片等多媒體來傳 達基礎的鋼琴演奏技巧知識，也能分析演奏、給予學習者中肯的回饋；並運用包
含隨譜追蹤(score-following)、自動翻譜、同步伴奏等科技，來創造和學生間的對 話與互動。
研究結果顯示，系統能根據學生的能力變化課程。此外，在學生完成所有學 習單元後，由真正的老師以標準的鋼琴教材進行教學，協助修正學生的姿勢、動 作的放鬆和其它彈琴時應注意的肢體要素，亦針對學生的學習進行評估。研究結 果發現，學生學習較快，在節奏及演奏上有較佳的能力，並能將視譜的知識和技 能應用在系統外的學習。藉由系統的即時回饋也讓學生養成了良好的練習習慣；
學生對於系統亦持正向的態度(Dannenberg et al.,1993)。
2. Digital Violin Tutor
Digital Violin Tutor 提供小提琴初學者模擬的練習情境。由於初學者還缺乏足 夠的知識去判斷自己練習時的錯誤，藉由系統提供的即時回饋，有助於提昇練習 效率。系統能將學習者的演奏音快速而且正確地轉換為直覺的視覺化方式，並運 用其它視覺化的工具，如：真人影音、2D 指態動畫、3D 虛擬角色等，提供原本 需要老師在場教學時才能給予的回饋；使得學習者即使在沒有老師在的情境下練 習，也能發現自己的錯誤，提昇練習的效率(Yin et al., 2005)。
綜合上述研究可知，電腦輔助樂器教學的目標為提昇教師教學及改善學生自 我練習。系統依學習內容可分為專為解決特定樂器吹奏技巧問題以及評估學習者 整體樂器吹奏表現兩種。為了方便學習者的自我練習，系統除了以圖像呈現音符 特質，協助初學者能在視覺化的輔助下學習區辨吹奏音的正確性，提昇個人技巧 外，同時也藉由系統分析吹奏的正確性，提供演奏表現的回饋，不僅加強學習者 的學習動機，也能提昇練習效率。研究也指出，相關研究多針對改善學生練習而 設計，較少針對提昇教師的教學。而本研究著眼於輔助教師教學的教材設計，上 述系統提供之演奏分析回饋可由教師於課堂中與學生直接進行互動與回饋；但納 入視覺化輔助的優點，以圖像呈現的直笛指位提供學生運指的輔助。