摘要：本文以民族乐器辅助教学系统为探讨对象，提出基于产品服务系统方法，构建集成教学资源、自主练习反馈与社会互动的智能辅助教学系统。文章首先比较说明智能技术条件下民族乐器数字化转型的不足，认为精准化教学服务仍有发展空间。从智能服务流程、人机协同模式、智能支持系统、利益相关者以及服务蓝图等五个方面提出智能辅助教学系统的构建方法。研究基于PSS将民族乐器与教学服务融合组成整体解决方案，构建民族乐器智能教学服务产品子系统和服务信息子系统，创建教学服务与价值共创模式。基于该方法以民族乐器琵琶为例，构建琵琶智能辅助教学服务系统并进行验证。

关键词：产品服务 系统乐器设计 智能乐器 人机协同 数字化转型

一、引言

民族乐器是我国中华民族的文化瑰宝，民族乐器教育既是深入了解民族历史文化风采的关键路径，也是我国美育文化传承创新、文化自信的坚实基础[1]。而在我国音乐教育市场中，古筝、琵琶、二胡等为代表的民族乐器培训规模仍然较小，影响力不足，原因在于教育数字化转型相对滞后，缺少与数字化平台、智能技术的对接。《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》发布，关注智能教育场景，强调推动人工智能的全流程应用[2]，民族乐器教学智能化发展势在必行。产品服务系统（PSS）是通过将产品与服务有机结合，通过数据连接产生个性化服务，为用户创造价值的商业模式和设计理念，为产业提供新的发展空间。本文基于PSS构建民族乐器智能辅助教学系统，通过比较说明民族乐器智能化设计不足，提出智能教学服务流程与人机协同分工，加强学习效率。通过定义智能系统构建服务蓝图，协调多方利益资源改善学习体验。研究在琵琶教学中测试原型系统，辅助高效自主练习。

二、民族智能乐器设计概况

民族乐器设计是将音乐文化、音乐表现、乐器外观、制作工艺等诸多方面融合，创造符合民族气质特征的独特装置的过程,它不仅受到乐器演奏、音乐史学、音乐教育理论的影响，还与声学、力学、材料学等理论相关，通过结合人机工程学、形式美学、材料工艺制造等理论实现产品化[3]。在二胡、琵琶等民族乐器设计改造中，既要保持乐器的传统音色和形制特点，又要在音准、音域、音量等性能方面有所提升。作为复杂系统演进，民族乐器设计要想适应当代音乐市场需求，需要结合音乐分析算法等智能技术成为发展必然。

智能乐器是将人工智能等技术与传统乐器的经典声学、演奏技巧相结合，通过乐器本体、传感器、智能算法、网络链接构成的产品服务系统综合解决方案[4]。智能乐器系统集成音频分析、自动化演奏、乐器学习等功能，提高乐器的可学性、可用性和表演性，在音色传达、演奏者创造、学习者练习、交互自由等方面都有所创新，比如以populele为代表的智能弦乐器，以Yamaha为代表的智能键盘乐器，以雅思乐为代表的智能吹奏乐器等，它们都是结合原有乐器演奏方式，利用数字合成技术，形成新音乐渲染风格，利用人机环境的互动向虚拟化发展，提供定制化演奏模式和多种艺术形式结合的表演，通过摄像头、传感器等向用户提供及时反馈，并利用APP扩展乐器生命周期及商业闭环。但以我国民族乐器为原型的智能系统占比不高，以教学为核心功能的系统构建仍不完善，多模态数据支持下的智能辅助发展空间仍存在大量机会。搭建精准化教学服务场景，完善人机协同教学，推动乐器新教学模式成为重要方向。

三、民族乐器智能系统构建

（一）产品服务系统方法（PSS）

产品服务系统方法是将产品与服务融合组成整体解决方案，更深层次实现用户价值的设计理念。随着智能产品服务系统演进，不仅通过数据提供更为精细化、智能化服务，而且进一步加强有形产品和无形服务功能耦合程度，形成数字化生态系统创造多元经济和体验价值。基于PSS的民族乐器辅助教学系统是一种集教学资源、自主练习与社会互动的软硬件结合乐器学习平台，突破了传统乐器系统功能单一局限，更广泛地导入各类优质教育资源，重塑了师生互动体验。该系统可发挥构建乐器教学服务与价值共创模式，提高乐器教学效率、形成利益相关方多级资源联动等三方面的作用。搭建民族乐器辅助教学系统从以下服务流程、人机协同模式、智能系统、利益相关者以及服务蓝图等五个方面逐一讨论。

（二）智能服务流程的构建

根据乐器教学目标与教学认知过程特征，以单个乐曲教学为基本教学单元，以弹奏动作技巧训练为重点，构建智能教学服务流程。该服务流程设计主要包含四个阶段：

1.阶段①：乐理知识学习，学生接触乐器。在熟悉乐谱、节奏、音高等概念基础的同时，学生体会音乐的旋律、音色，了解乐曲背后的历史脉络，为弹奏动作技巧训练奠定基础。老师传授知识要点，学生掌握基础概念用于后期应用协调动作。

2．阶段②：教师弹奏示范，学生感受要领。教师弹奏乐器进行示范，要求学生观察教师动作顺序及要领。在学生自身操作的过程中，教师通过精炼词语提示学生，帮助学生注意乐器在节奏、动作、姿势方面的要点。

3．阶段③：弹奏动作技巧自主训练，学生关联应用。学生结合乐理知识、老师弹奏示范、自身体会等多方面信息自主进行训练。弹奏动作技巧训练过程中，学生需要保持对节奏的敏感度，需要增强手臂、手腕、肩、腰姿势的把控，有效协调和控制指法类型、形态、左右手配合。

4．阶段④：乐器学习社区互动，学生交流分享。在乐器学习、表演过程中，学生利用上传自身视频、各种学习资源，互相学习、借鉴交流分享，形成相互促进的学习氛围。

（三）人机协同教学模式

在搭建服务流程的基础上细化人机分工，教师、学生和AI系统建立的人机协作关系是混合增强智能的一种发展形式，是实现以学生为中心的个性化、精准化、规模化教学模式的关键环节之一[5]，为制定智能技术条件下的教学模式奠定基础。

教师主导教学过程，注重培养学生的人文情怀与学习兴趣，在此过程中，教师强调音乐素养、美学理念的培养，完成社会和心理属性的多层面示范教学，在处理与学生情感、态度以及价值观的同时，加强与学生的联系。学生自主练习掌握弹奏技能的同时，通过元认知和自我评估，增强自主设计、监控、调节与反思的学习能力。学生在与老师和同伴的交流过程中，获得人文关怀与社交，音乐综合素质的提升。自主学习在AI的引导与协作下，学生个性化学习体验得到改善。

AI发挥机器处理信息的精细度、数量与效率的优势，将诊断、反馈、干预、反思贯穿教学过程[5]，同时支持教师端与学生端的教学活动。AI在教师端充当助教，支持大数据环境下的整体化教学设计、学情感知、能力评测，优化教学效果。AI通过语义检索、大数据挖掘等智能技术，形成民族乐器知识服务能力，增强学生对音乐知识的学习兴趣。AI在学生端充当学伴，实现消息推荐、资源推荐与学习路径规划，反馈学习情况，提高学习效率。AI通过手势识别、情绪识别等人工智能技术形成策略引导，追溯乐谱识别、节奏、指法等问题根源，并针对性提示的同时，反馈学生自主学习中的不足，个性化调整练习重点。

（四）智能支持系统的构建

在确定流程和人机模式的基础上，基于PSS形成民族乐器辅助教学的系统构架，完成相应的功能服务业务。民族乐器辅助教学系统包括产品、服务信息子系统两部分。产品子系统完成基本的弹奏、界面交互与多模态数据采集等功能，包括乐器本体、交互设备和数据采集传感器三个方面。乐器本体增加指示与数据交换设备，形成弹奏基础；交互设备生动展示教学内容；数据采集传感器则通过视频、音频、肌电等感应器采集学生多模态数据，为软件服务奠定基础。服务信息子系统按照智能服务流程，建立学生、教师、综合管理等多个端口进行支持，全过程数据存储与智能分析的特征。以学生为主要服务对象，重点说明服务信息子系统中弹奏动作技巧自主训练模块，主要包括三个部分：

1.自主训练调节系统。根据器乐教学目标设定教学策略、内容，安排学习进程。根据个体训练反馈情况，进行个性化修订阶段性目标，使之与个人能力匹配的基础上，逐步突破学习舒适区。

2．自主训练提示系统。在学生自主练习过程中，显示器、穿戴设备多通道提示减轻学生的认知负荷。按照曲谱教学程序，设定成语言、节奏、关键点多重直观提示，为远程合奏、配乐等协作技能训练提供便利。

3．自主训练反馈系统。弹奏训练通过信息采集系统收集乐曲弹奏过程中个体特征并指出不足，并推断产生弹奏问题的原因，减少无效训练。训练反馈包括比较弹奏分项中存在的错误与整体弹奏分析的差异。

（五）利益相关者分析

由于产品服务系统复杂性的提升，民族乐器教辅系统无法由单独某一方完成。因此通过识别和分析系统中重要利益方，对优化资源配置、建立合作关系、降低系统风险将发挥重要作用。系统利益相关者包括核心用户、产品服务供应商、生态链企业以及社会环境四大层级。在服务流程中，数据流协同多方利益相关者，系统集成显著的价值溢出效应[6]，促使乐器教育产业生态正向迭代。

（六）智能教学服务蓝图

服务蓝图通过用户行为层、前台层和后台层展现系统服务全貌[7]。根据乐器教学具体场景扩展为学生行为层、教师行为层和后台智能支持层，展现学生活动和师生活动之间，线上线下混合教学环节的衔接与融合，及其与智能支持系统的支撑互动关系，整体直观全面展现教学服务流程，如图1。

四、琵琶智能辅助教学系统

（一）琵琶智能辅助产品子系统

琵琶弹奏指法直接影响演奏音色、音域与情感抒发，而现今琵琶教学仍采用师徒制，以一对一、手把手、音对音教学模式为主，弹奏指法需持久练习才能入门，导致琵琶启蒙教学成本高，教学难度大[8]。研究采用用户画像构建典型用户模型，反映出来的核心问题集中为课后练习缺乏高效反馈和监督，导致练习效率低和精进难度大。琵琶智能辅助教学系统围绕用户画像的关键特征构建，提升琵琶弹奏技巧自主练习效率与趣味，将老师线下教学延申到课后自主学习。

琵琶产品子系统在3.4节智能支持系统基础上，如图2，具体包含三方面：首先，智能琵琶保有原留乐器特征，增加指示器和麦克风，通过蓝牙与智能电视交换数据；其次，以数据手套、前臂手环为代表的穿戴式设备，用于更为精准的手指捕获和前臂运动特征，是智能识别指法对错的前提；最后，带有摄像头的智能电视，不仅关联智能终端与云端，而且提供沉浸式学习环境。

（二）琵琶智能辅助信息服务子系统

琵琶信息服务子系统主要是由乐理学习、弹奏示范、自主训练、学习社区等四个基本功能模块组成。该系统面向儿童或成年初学者，其电视交互界面设计采用磁片式布局，突显使用功能；界面风格为柔美典雅的中国古风，营造高雅民族意境，如图2。该系统立足学习者视角，通过用户目标、用户行为、系统服务触点、情感状态及其系统支持，构建琵琶弹奏动作技巧自主练习模块的用户旅程图[9]，展示以学习者为中心的琵琶自主训练安排、提示和反馈的教学模式变化。比如在琵琶自主训练安排阶段，用户在训练调节页中复习课堂知识，老师根据学生情况制定学习计划，系统支持基于练习数据分解作业要求，提供教学资料用于巩固，智能软硬件供应商和教学资源平台参与数据流协同。

五、结论

我国民族乐器的教育推广与普及，是传承弘扬优秀传统文化、文化强国的重要环节之一[10]。智能产品服务设计方法为民族乐器教学的智能化、数字化转型提供了新的发展空间，民族乐器设计需要突破演奏装置局限，向基于智能技术的教学服务产业生态演化与发展。本文以琵琶乐器为例，建立了智能乐器产品服务系统及方案，通过获取多模态数据为民族弹拨乐器智能教学提供了新思路。随着智能化技术向教学场景的深入，民族乐器的教学质量与服务体验将逐步提升和发展。

参考文献：
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[10]徐佳.民族弹拨乐器演奏艺术与音乐个性分析[J].当代音乐,2022(12):89-91.

作者简介：鲁娜，浙江财经大学艺术学院环境设计系讲师