電子琴製作教案 對象:中二學生

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電子琴製作教案

對象:中二學生

課題:STEM 教學---電子琴製作 課時:160 分鐘(4 節)

教學模式:分組活動,2 人 1 組 學生已有的知識:

學生已有下列知識:

 視窗基本操作

 軟件運用和安裝技巧

 基本數學和音樂知識

 科學科(電學) 知識

 基本 Arduino 微控制器知識和運用技巧 課堂目標:

課堂後,學生應能夠 1. 明白音頻產生的條件 2. 明白不同音頻需要的頻率

3. 運用 Arduino 組裝電子琴原型(Prototype) 4. 編寫電腦程式,讓電子琴運作

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教學設備:

 電腦(已安裝 Microsoft Powerpoint、Microsoft Word、mBlock 和 Fritzing)

 投影機

 黑板 / 白板

 接線圖硬本 (學生活動一至四,需派發給學生)

 樂譜硬本 (附件三,需派發給學生)

 一系列電子零件如下(請參考相關圖像):

 Arduino UNO 微控制器(連 USB 線) X 1

 10Kohm 電阻 X 8

 按鈕 X 8

 揚聲器 X 1

 麵包板 X 1

 杜邦線一批

Arduino UNO 微控制器 麵包板 揚聲器

10Kohm 電阻 杜邦線 按鈕

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教學過程(第一、二節):

時間 教學內容 老師活動 學生活動 備註 Objective

Check 30 分鐘 重溫科學科知識  介紹和示範電子琴的原型(Prototype)

 使用網上學習平台 Kahoot 考核學生對聲音 的科學知識(附件一)

 實驗一(示範)

 示範訊號產生器的操作,並以實驗方式讓學 生找出聽頻範圍(示範實驗二)

 運用訊號產生器,讓學生找出”Do”音、”Re”

音”、Mi”音、”Fa”音、”So”音、”La”音和”Si”

音(二分一音符)的頻率範圍(示範實驗三)

 替學生重溫聲音的科學知識

 Powerpoint 展示產生音符的音頻(附件二)

 運用 Kahoot 回答問題

 找出”Do”音、”Re”

音”、Mi”音、”Fa”

音、”So”音、”La”音 和”Si”音的頻率範圍

10 分鐘 電子零件的知識與程式編 寫

 介紹產生音頻的電子零件---揚聲器和 Arduino UNO 微控制器,以及按鈕的運作原 理

 解釋揚聲器怎樣產生聲音(示範)

 接駁電子零件(學生活 動一)

 按鍵讓揚聲器發出聲 音

15 分鐘  安排 2 組學生在白板繪畫電路圖

 解釋在按鈕加上電阻(Resistor)的原因(Ohm’s Law)

 繪畫學生活動一電子 零件的電路圖(Circuit Diagram)

10 分鐘  解釋學生活動一的程式碼

10 分鐘  更改學生活動一的程

式碼,讓學生可彈奏 出”Re”、 ”Mi”、 ”Fa

”、 ”So”、”La”和”Si”

的音樂

5 分鐘 總結 總結第一堂的學習成果,並介紹下一課堂的活動

Homework Materials & References

回家想想餘下的按鈕的編程方式。 NIL

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教學過程(第三、四節):

時間 教學內容 老師活動 學生活動 備註 Objective

Check

5 分鐘 簡介,並帶學生到電腦室

5 分鐘 電子零件的知識與程式編寫 重溫學生活動一,讓學生明白活動 一背後的原理

10 分鐘  接駁電子零件(學生活動二)

 編寫學生活動二的電腦程 式

35 分鐘  接駁電子零件(學生活動三)

 完成後學生運用自製的電 子琴彈奏不同歌曲(附件 三,學生也可以自行在網上 尋找)

 完成活動三的學生嘗試完 成學生活動四,以及嘗試替 電子琴加入新功能

10 分鐘 讓學生找出這電子琴可改善的地方

10 分鐘 讓學生知道音樂在日常生活的應用

----音樂治療和 piano stair(活動五)

5 分鐘 總結 總結第二堂的學習成果,並告訴他

們把電子琴取回家中並加以改良。

Homework Materials & References 學生自行在家中完成整個電子琴原型(Prototype) 的製作。學生也可以替電

子琴原型加上特殊效果。學生也可以製作電子琴製成品,並改善其外觀。

相關物資請參閱 Materials & References 部份。

電子琴製成品所需的零件包括:

 膠片

 萬用板

 Touch Sensor

學生可以就電子琴製成品所需 的零件咨詢老師的意見。

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實驗一

1. 用音叉敲擊膠塞,隨即把音叉放到耳邊。你聽到什麼?

音叉發出聲響。

2. 把塑膠盆盛滿水,然後再次用音叉敲擊膠塞,隨即把音叉輕輕接觸水面。你觀察到 什麼?

水面有水花濺起。

3. 步驟 1 和 2 的結果顯示什麼?

結果顯示聲音是由物體的振動產生的。

4. 音波的性質及特性

 聲壓級(Sound Pressure Level)是指以對數尺衡量有效聲壓相對於一個基準值的大小,用分貝(dB)來描述其與基準值的關係。

 響度(loudness 又稱音響或音量),是與聲強相對應的聲音大小的知覺量。聲強是客觀的物理量,響度是主觀的心理量。

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實驗二

老師啟動訊號產生器(Signal Generator),其間改變訊號的音頻(見下表)。學生需表示能否聽到聲音。

結論:

 我們的聽覺是有限制的,只可聽到某個頻率範圍內的聲音。

 聽頻範圍因人而異

音頻(Hz) 聽到這音頻同學

的人數 100

500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000 21000

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 實驗示範後,學生可以到網站

http://www.szynalski.com/tone-generator/自行產

生不同的音頻。

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實驗三

老師啟動訊號產生器(Signal Generator),其間改變訊號的音頻(見下表)。學生需找出”Do”音、”Re”音”、Mi”音、”Fa”音、”So”音、”La”音和”Si”音(二 分一音符)的頻率範圍。如學生在實驗期間已找出所有頻率範圍,老師可立即停止此實驗。

結論:

 ”Do”音、”Re”音”、Mi”音、”Fa”音、”So”音、”La”音和”Si”音(二分一音符)的頻率範圍約在 200 – 550Hz 之間。

音頻(Hz) 音頻(Hz)

100 440

150 450

200 460

220 470

240 480

260 490

270 500

280 510

290 520

300 230

310 240

320 550

330 560

340 570

350 580

360 590

370 600

380 610

390 620

400 630

410 640

420 650

430 660

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 實驗示範後,學生可以到網站

http://www.szynalski.com/tone-generator/自行找 出 Do”音、”Re”音”、Mi”音、”Fa”音、”So”音、”La”

音和”Si”音(二分一音符)的頻率範圍。

 另外,學生也可以上到網站

http://onlinetonegenerator.com/binauralbeats.html

自行產生雙音多頻(Multi-tone)的聲音。

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附件一 Kahoot 網上學習平台練習---學生對聲音的科學知識(紅色為正確答案)

題目一:

聲音是

A.

由腦產生的。

B.

由物體的振動產生的。

C.

由聽神經受損後產生的。

D.

由手或腳受刺激後產生的。

題目二:

聲音不可以在下列哪項中傳送?

A.

氣體(Gas)

B.

液體(Liquid)

C.

固體(Solid)

D.

真空(Vacuum)

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題目三:

頻率(Frequency)是指

A.

每天的振動次數

B.

每秒的振動次數

C.

每分鐘的振動次數

D.

每小時的振動次數

題目四:

下列哪項是頻率(Frequency)的單位?

A.

秒(Second)

B.

分貝(Decibels)

C.

赫茲(Hertz)

D.

牛頓(Newton)

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題目五:

人 類的聽頻範圍(Audible range of frequencies)一般是多少?

A. 20 - 20,000Hz

B. 20 - 2,000Hz

C. 75 - 15,000Hz

D. 75 - 150,000Hz

題目六:

物體振動得愈快,

A.

所產生聲音的頻率也愈低。

B.

所產生聲音的頻率不會有改變。

C.

所產生聲音的頻率也愈高。

D.

所產生聲音的頻率隨人類的聽頻範圍不同而改變。

題目七:

若有聲音從空氣傳送至耳朵,

A.

我們必定聽得到。

B.

我們什麼都聽不到。

C.

如果音量夠高,我們應該聽得到。

D.

我們可能聽得到,也可能聽不到。

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附件二 產生音符的音頻

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附件三 樂曲

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學生活動一 接駁電子零件

請按下圖接駁有關電子零件,完成後運用 mBlock 編寫程式,讓使用者按鍵後可產生”Do”音。

在這活動,老師可介紹電阻色碼 (resistor color code)。參考網站:

https://www.digikey.hk/zh/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-resistor-color-code-4-band

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mBlock 程式 (預先上載至 Arduino UNO,學生無須編寫)

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學生活動二 接駁電子零件

請按下圖接駁有關電子零件,完成後運用 mBlock 編寫程式,讓使用者按鍵後可產生”Do”音和”Re”音。

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mBlock 程式 (學生自行編寫)

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學生活動三 接駁電子零件

請按下圖接駁有關電子零件,完成後運用 mBlock 編寫程式,讓使用者按鍵後可產生”Do”音、”Re”音”、Mi”音、”Fa”音、”So”音、”La”音和”Si”

音。(此活動不提供程式源碼)

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學生活動四 接駁電子零件

請按下圖接駁有關電子零件,完成後運用 mBlock 編寫程式,讓使用者按最後一鍵後便可彈奏全首樂曲(此活動不提供程式源碼)

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學生活動五 音樂在日常生活的應用

 學生自行到網站https://en.wikipedia.org/wiki/Music_therapy 或

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9F%B3%E6%A8%82%E6%B2%BB%E7%99%82

 找出音樂的應用。

 學生自行到 youtube 並輸入 piano stair 找出音樂的其他應用。

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