項(xiàng)目9 音樂小天才

《音樂小天才》教學(xué)設(shè)計(jì)課題：音樂小天才授課對(duì)象：中職一年級(jí)課型：新授課課時(shí)：3課時(shí)教材分析：結(jié)構(gòu)內(nèi)容：本節(jié)課選自《人工智能通識(shí)》的項(xiàng)目十一。本節(jié)課的主要內(nèi)容是了解人工智能在音樂創(chuàng)作方面的應(yīng)用，熟悉深度學(xué)習(xí)的經(jīng)典模型，能夠動(dòng)手操作實(shí)現(xiàn)音樂的自動(dòng)生成。地位作用：從歷史來看，每一次技術(shù)上的突飛猛進(jìn)都會(huì)使人類活動(dòng)發(fā)生巨大的變革。隨著人工智能在音樂領(lǐng)域的廣泛滲透，音樂人工智能已成為熱門。本節(jié)課的學(xué)習(xí)將帶領(lǐng)學(xué)生了解音樂人工智能。學(xué)情分析學(xué)習(xí)心理特征：本節(jié)課的授課對(duì)象為中職一年級(jí)學(xué)生該階段的學(xué)生，學(xué)習(xí)自制力較差，上課注意力易被分散，因此在上課過程中，應(yīng)該采用講練結(jié)合的方式，讓學(xué)生能夠在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和鞏固課程內(nèi)容。同時(shí)該階段的學(xué)生有很多自己的想法和創(chuàng)意，因此在設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，需要給學(xué)生一定的自由發(fā)揮的空間，讓學(xué)生自主地學(xué)習(xí)和實(shí)踐。另外由于中職一年級(jí)的學(xué)生水平各不相同，因此教師在學(xué)生操作過程中應(yīng)該實(shí)時(shí)觀察，引導(dǎo)并鼓勵(lì)基礎(chǔ)較差的學(xué)生完成練習(xí)。知識(shí)基礎(chǔ)：中職一年級(jí)學(xué)生已經(jīng)掌握了計(jì)算機(jī)的使用，同時(shí)基于其他項(xiàng)目的學(xué)習(xí)已經(jīng)熟悉了實(shí)訓(xùn)環(huán)境的使用，可以讓學(xué)生獨(dú)立完成代碼的運(yùn)行和理解。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能目標(biāo)：能夠說出音樂人工智能是什么能夠說出MIDI文件是什么能夠提取音樂中的音符能夠構(gòu)建循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠調(diào)用模型自動(dòng)生成音符序列能夠基于音符序列生成可播放音樂過程與方法：小組合作討論音樂人工智能。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主進(jìn)行解析MIDI音樂中的音符。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主搭建并訓(xùn)練循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主調(diào)用已訓(xùn)練的模型來自動(dòng)生成音符序列。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主完成音符序列的轉(zhuǎn)化，得到可播放的MIDI音樂。情感態(tài)度與價(jià)值觀：能夠?qū)?shí)際工作崗位的工作內(nèi)容有所認(rèn)知。通過小組合作的方式，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)參與的意識(shí)，強(qiáng)化自身的責(zé)任感，以及增強(qiáng)自己的合作能力。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1、能夠說出MIDI文件是什么2、能夠提取音樂中的音符3、能夠構(gòu)建循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型4、能夠調(diào)用模型自動(dòng)生成音符序列5、能夠基于音符序列生成可播放音樂教學(xué)難點(diǎn)：1、能夠調(diào)用模型自動(dòng)生成音符序列教學(xué)方法教法：任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、練習(xí)法學(xué)法：自主學(xué)習(xí)法、小組合作學(xué)習(xí)法教學(xué)準(zhǔn)備教學(xué)環(huán)境：多媒體網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)房教學(xué)資源：多媒體網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，派Lab平臺(tái)，PPT課件，微課教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配設(shè)計(jì)意圖一、創(chuàng)設(shè)情景【教師活動(dòng)】小派最近使用聽歌軟件，聽著聽著忽然有個(gè)靈感，雖然自己沒有音樂背景知識(shí)，但是能否利用自己的人工智能技術(shù)背景來創(chuàng)作音樂呢？然后，小派簡(jiǎn)單了解了音樂的組成，想要從零開始創(chuàng)作他的第一首音樂。但是小派缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，沒法自己完成，于是小派向我們尋求了幫助。2分鐘該環(huán)節(jié)通過創(chuàng)設(shè)一個(gè)生活中真實(shí)存在的情景，讓學(xué)生了解音樂人工智能。二、任務(wù)分析【教師活動(dòng)】小派給我們布置了一個(gè)任務(wù)就是幫忙訓(xùn)練一個(gè)能夠自動(dòng)創(chuàng)作音樂的模型。首先我們需要對(duì)如何開展該任務(wù)進(jìn)行分析（該過程可以讓學(xué)生進(jìn)行小組討論回答）預(yù)設(shè)：首先了解用來訓(xùn)練音樂生成模型的數(shù)據(jù)需要是什么類型的；對(duì)于音樂相關(guān)的數(shù)據(jù)集該如何處理，需要提前了解哪些樂理知識(shí)；然后在搭建模型時(shí)考慮什么結(jié)構(gòu)的模型比較適合處理這種任務(wù)；最后需要了解如何將模型輸出的結(jié)果進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為可試聽的音樂。【學(xué)生活動(dòng)】小組展開討論各小組發(fā)表自己的任務(wù)分析結(jié)果【教師活動(dòng)】對(duì)各小組的討論結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后進(jìn)行小結(jié)，得出最后的任務(wù)分析結(jié)果：子任務(wù)一：提取音符子任務(wù)二：訓(xùn)練音符生成模型子任務(wù)三：調(diào)用模型自動(dòng)生成音符序列子任務(wù)四：音符序列轉(zhuǎn)為音樂文件5分鐘該環(huán)節(jié)主要是對(duì)本節(jié)課的任務(wù)的一個(gè)討論分析，在該過程中，讓每個(gè)學(xué)生對(duì)接下來要完成的任務(wù)進(jìn)行分析和討論，讓學(xué)生成為課堂的主體，提高學(xué)生的參與感，提升學(xué)生的自主思考能力。新知學(xué)習(xí)任務(wù)一：提取音符【教師活動(dòng)】請(qǐng)同學(xué)們查閱資料簡(jiǎn)單了解音符的相關(guān)知識(shí)，什么是音符，有什么用途？預(yù)設(shè)：和語言一樣，不同民族都有過自己創(chuàng)立并傳承下來的記錄音樂的方式---記譜法。各民族的記譜方式各有千秋，但是目前被更廣泛使用的是五線譜和簡(jiǎn)譜。一般來說，所有音樂的構(gòu)成有四個(gè)基本要素,而其中最重要的是“音的高低”和“音的長短”：1、音的高低：任何一首曲子都是高低相間的音組成的。2、音的長短：除了音的高低外，還有一個(gè)重要的因素就是音的長短。音的高低和長短的標(biāo)住決定了該首曲子有別于另外的曲子，因此成為構(gòu)成音樂的最重要的基礎(chǔ)元素。3、音的力度：音樂的力度很容易理解，也叫強(qiáng)度。一首音樂作品總會(huì)有一些音符的力度比教強(qiáng)一些，有些地方弱一些。而力度的變化是音樂作品中表達(dá)情感的因素之一。4、音質(zhì)：也可以稱音色。也就是發(fā)出音樂的樂器或人聲。同樣的旋律音高男生和女聲唱就不一樣的音色；小提琴和鋼琴的音色就不一樣。上述四項(xiàng)構(gòu)成了任一首樂曲的基礎(chǔ)元素。記錄音的高低和長短的符號(hào)，叫做音符。全音符、二分音符、四分音符、八分音符、十六分音符是最常見的音符。【學(xué)生活動(dòng)】思考并回答問題【教師活動(dòng)】對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行小結(jié)。同學(xué)們?cè)僖黄鹩懻撘幌翸IDI音樂文件是什么?（同學(xué)們討論并回答）預(yù)設(shè)：MIDI文件是對(duì)音樂的每個(gè)音符記錄為一個(gè)數(shù)字，所以與波形文件相比文件要小得多。MIDI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各種音調(diào)的混合及發(fā)音，通過輸出裝置可以將這些數(shù)字重新合成為音樂。MIDI是不同插電樂器、軟件、設(shè)備的連接者，關(guān)系著音符（Note）如何演奏。MIDI有音符序號(hào)，也就是音符的音高（pitch）是一個(gè)整數(shù)集set={0，1，2，…,127}。【學(xué)生活動(dòng)】思考并回答問題【教師活動(dòng)】剛才我們已經(jīng)對(duì)一些概念有了初步的理解，下面我們就要?jiǎng)邮志毩?xí)。這里我們收集到了一批MIDI音樂文件作為數(shù)據(jù)集。同學(xué)們打開實(shí)訓(xùn)任務(wù)書任務(wù)一，完成對(duì)MIDI文件中音符序列的提取。【教師活動(dòng)】在學(xué)生練習(xí)時(shí)進(jìn)行巡視，對(duì)一些動(dòng)手能力較弱的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成練習(xí)。30分鐘在該環(huán)節(jié)中，通過提問的方式讓學(xué)生自主搜索和了解音符相關(guān)的概念；同時(shí)讓學(xué)生積極討論，增加學(xué)生之間的互動(dòng)與交流。任務(wù)二：訓(xùn)練音符生成模型【教師活動(dòng)】在上一個(gè)任務(wù)中，我們提取到了所有音樂文件中的音符序列，這些序列就是我們訓(xùn)練模型所需要的真正的數(shù)據(jù)集。那么問題來了，我們要構(gòu)建什么模型呢？模型結(jié)構(gòu)長什么樣子？當(dāng)我們需要處理在多個(gè)時(shí)間步上的序列數(shù)據(jù)時(shí)，我們可以使用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。同學(xué)們可以查閱資料、討論，任意說出循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特點(diǎn)。預(yù)設(shè)：1）循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱藏層的值s不僅僅取決于當(dāng)前時(shí)間步的輸入x(t)，還取決于上一時(shí)間步隱藏層的值s(t-1)。2）在整個(gè)訓(xùn)練過程中，每一時(shí)刻所用的都是同樣的W?！緦W(xué)生活動(dòng)】思考并回答問題【教師活動(dòng)】對(duì)學(xué)生回答做出評(píng)價(jià)。下面請(qǐng)同學(xué)們打開實(shí)訓(xùn)任務(wù)書任務(wù)二，完成循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建?！緦W(xué)生活動(dòng)】參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，完成任務(wù)二?！窘處熁顒?dòng)】在學(xué)生練習(xí)時(shí)進(jìn)行巡視，對(duì)一些動(dòng)手能力較弱的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成練習(xí)。20分鐘在該環(huán)節(jié)中，主要介紹模型的選擇和搭建。另外讓學(xué)生能夠鍛煉搜索知識(shí)、總結(jié)知識(shí)的能力。任務(wù)三：調(diào)用模型自動(dòng)生成音符序列【教師活動(dòng)】用來生成音符序列的模型訓(xùn)練完了之后，就可以利用這個(gè)模型來自動(dòng)生成音符序列。核心代碼就是要加載這個(gè)模型，即這個(gè)模型中保存的參數(shù)。#生成音樂時(shí)從HDF5文件中加載所有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層的參數(shù)（Weights）model.load_weights('model/best-weights.hdf5')然后調(diào)用predict函數(shù)去預(yù)測(cè)音符序列#用載入訓(xùn)練所得最佳參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來預(yù)測(cè)/生成新的音調(diào)prediction=model.predict(prediction_input,verbose=0)現(xiàn)在就請(qǐng)同學(xué)們參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主完成任務(wù)三?！緦W(xué)生活動(dòng)】參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，調(diào)用模型生成音符序列。【教師活動(dòng)】在學(xué)生練習(xí)時(shí)進(jìn)行巡視，對(duì)一些動(dòng)手能力較弱的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成練習(xí)。30分鐘該環(huán)節(jié)是一個(gè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生自身的特點(diǎn)，讓學(xué)生自己參考任務(wù)書，完成任務(wù)，提高學(xué)生的自學(xué)能力，以及動(dòng)手實(shí)踐能力。任務(wù)四：音符序列轉(zhuǎn)為音樂文件【教師活動(dòng)】由于模型輸出的是音符序列，沒法直接播放，需要將其轉(zhuǎn)為我們?cè)谌蝿?wù)一中所看到的MIDI音樂文件。這里需要注意的是，對(duì)于MIDI文件部分設(shè)備（尤其是手機(jī)）播放不了（WindowsMediaPlayer可正常播放），可以使用在線工具將MIDI文件轉(zhuǎn)為MP3文件。同學(xué)們打開實(shí)訓(xùn)任務(wù)書任務(wù)四，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。【學(xué)生活動(dòng)】參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，完成任務(wù)四?！窘處熁顒?dòng)】在學(xué)生練習(xí)時(shí)進(jìn)行巡視，對(duì)一些動(dòng)手能力較弱的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成練習(xí)。20分鐘該環(huán)節(jié)是一個(gè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生自身的特點(diǎn)，讓學(xué)生自己參考任務(wù)書，完成任務(wù)，提高學(xué)生的自學(xué)能力，以及動(dòng)手實(shí)踐能四、課堂小結(jié)【教師活動(dòng)】教師請(qǐng)各小組對(duì)本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)。最后教師進(jìn)行總結(jié)。布置課后習(xí)題5分鐘讓學(xué)生自己進(jìn)行小結(jié)，加深學(xué)生對(duì)本節(jié)課知識(shí)的理解，也同時(shí)鍛煉學(xué)生總結(jié)歸納的能力。學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)課后習(xí)題題型題目答案填空題（一空一分）1、闡述人工智能創(chuàng)作音樂的示例。2、（）是音樂中的最基本單元。3、搭建（）模型比較適用于自動(dòng)生成音符序列1、略2、音符3、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選擇題（每題2分）4、用來解析MIDI音樂文件的庫是（）A.midi21B.music21C.py_midiD.MusicXML4、B學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表評(píng)價(jià)角度評(píng)價(jià)內(nèi)