Hvordan musik og bevægelse kan hjælpe børn med at forstå matematik

At stirre på rækker af tal eller formler på en side kan være afskrækkende for mange børn, der studerer matematik eller naturfag i skolen. Men musik, tegning og endda kropsbevægelse giver lovende nye måder at undervise unge i komplekse fag.

Trommen fra en violinstreng eller trommeslag kan i første omgang synes at have lidt at gøre med fysik, brøker eller vinkler. Ja, naturvidenskab og kunstneriske emner som musik er traditionelt blevet behandlet helt adskilt i undervisningen.

Men forskere mener, at nedbrydning af de vilkårlige barrierer mellem videnskab og kunst kan hjælpe eleverne til lettere at forstå vanskelige begreber. Det fører til en ny måde at undervise på, der har til formål at kombinere naturvidenskab, teknologi, ingeniørarbejde, kunst og matematik, samlet kendt som STEAM.

"Vi forsøger at gøre denne STEAM-læringstilgang kendt for det pædagogiske samfund, " sagde Dr. Vassilis Katsouros fra Athena Research Centre's Institute for Language and Speech Processing i Athen, Grækenland, og koordinator for et projekt kaldet iMuSciCA. "Når man samler folk fra kunst og STEM-fagene, de kan arbejde sammen om at få meget kreative ideer."

Denne form for tværfagligt samarbejde er mere og mere almindeligt på universitetsniveau og i industrien, fører ofte til spændende nye udviklinger inden for teknologi, videnskab og kunst. Dr. Katsouros og hans kolleger håber at kunne introducere denne tankegang på et tidligere tidspunkt.

Bølge teori

iMuSciCA-projektet bruger musik til at lære gymnasiebørn om svære begreber som bølgeteori i fysik og ligninger i matematik. Eleverne designer et virtuelt musikinstrument på en computer, hvor de kan ændre dens fysiske egenskaber for at forstå, hvordan det påvirker den lyd, den producerer.

"Hvis de ændrer det metal, som en streng er lavet af, er den måde, strengen vibrerer på, og bølgeformen af ​​den lyd, den producerer, anderledes, " forklarede Dr. Katsouros. "Eleverne kan se, hvordan tætheden af ​​materialet påvirker lyden og se den lydbølge, det producerer. Det kan hjælpe dem med at forstå begreber som frekvens og amplitude."

Holdet har skabt et online 'arbejdsbord', der gør det muligt for lærere at inkorporere teknologien og værktøjerne udviklet som en del af iMuSciCA i deres lektioner. Gennem de online værktøjer, studerende kan skabe strenge- eller percussioninstrumenter ved hjælp af iMuSciCA-programmet.

Teknologien kan også gøre det muligt for eleverne at lære andre begreber på højere niveau som geometri og symmetri ved at demonstrere, hvordan ændring af formen eller orienteringen af ​​en overflade kan ændre den måde, lyd reflekteres fra den. Det kan også give indsigt i tilfældighed og periodicitet.

Elever opfordres til at arbejde i teams for at komponere deres egen musik, selv at skabe fysiske versioner af de instrumenter, de har designet online ved hjælp af 3-D-print. Ved en pilotbegivenhed dannede eleverne et band, der også skulle optræde sammen.

"I øjeblikket er det kun blæseinstrumenter, da 3D-print i plastik er billigere og nemmere end i materialer som metal, " sagde Dr. Katsouros.

Indtil videre er iMusciCA blevet afprøvet i 10 skoler i Grækenland, Frankrig og Belgien, involverer mere end 300 elever i alderen 15-16 år. Tres lærere har også deltaget i workshops for at lære, hvordan de kan inkorporere de musikalske værktøjer i deres lektioner.

Motivering

"Vi måler og analyserer stadig den effekt, det har haft, " sagde Dr. Katsouros. "Men vi har set elevernes motivation stige betydeligt. Elever i denne alder er meget fortrolige og interesserede i musik, så det ser ud til at forbinde med dem."

Men musik giver ikke kun nye måder at lære teenagere om naturvidenskab og matematik på. Forskere har kombineret det med kropsbevægelser, klappe og røre ved fysiske genstande for også at udvikle nye måder at undervise yngre børn på.

"Visuel information er ikke altid den bedste måde at kommunikere ting som geometri eller aritmetik på, " sagde Dr. Monica Gori, en neurovidenskabsmand ved Istituto Italiano di Tecnologia i Genova, Italien, og koordinator for WeDraw-projektet.

Hendes team har skabt en række spil med teknologier, der tilskynder børn under otte år til at skabe vinkler med deres kroppe eller lege med lyd.

Et spil, kaldet RobotAngle, bruger bevægelsesfølende kameraer til at registrere, når elever spreder deres arme over hovedet for at skabe vinkler. Hver vinkel er forbundet med forskellige musikalske toner, der ligner dem fra en violin, med højere stigning brugt til spidse vinkler og lav stigning til stumpe vinkler.

Det samme system giver børn mulighed for at skabe brøker ved at åbne deres arme for at ændre tælleren og benene for at ændre nævneren. Klap blev også brugt til at udløse et trommeslag i takt med et bevægeligt sted på skærmen, igen med til at lære børn om brøker gennem brug af rytme.

Endnu et spil, kaldet Cartesian Garden, giver børn mulighed for at tegne figurer i et virtuelt miljø ved fysisk at gå rundt i et rum for at samle genstande. En tredjedel, kaldet Spaceshape, lærer børn om tredimensionelle former ved at opmuntre dem til at tegne dem og flytte dem på en berøringsskærm.

Tests

Indledende test i grundskoler i Italien, Irland og Storbritannien af ​​WeDraw-holdet så mere end 200 børn prøve spillene i 10 forskellige klasser. I hver, en halv klasse brugte multi-sensoriske spil i 15 minutter hver dag i en uge som en del af deres lektioner, og den anden halvdel blev undervist ved hjælp af en forenklet version af spillet, der brugte traditionelle visuelle teknikker.

"Vi ser forbedringer hos de fleste børn, " sagde Dr. Gori. "Til Spaceshape spillet, for eksempel, vi så en forståelse af form og 3-D bevægelse."

Men nogle af forbedringerne synes kun at være synlige i bestemte aldersgrupper. For eksempel, holdet så kun en forbedring i forståelsen af ​​brøker og former hos syvårige.

"Dette er den alder, de bør begynde for at forstå disse begreber og er derfor mere følsomme over for de potentielle fordele, " sagde Dr. Gori.

Holdet har også udviklet de multisensoriske teknikker, så de kan bruges af elever, der har ordblindhed eller synshandicap. At bruge kropsbevægelser forbundet med lyd kan virkelig hjælpe blinde børn med at forstå vinkler, for eksempel.

Dr. Gori tilføjede, at de håber i fremtiden at kombinere de musikalske og kropsbevægelser endnu mere for at bruge dans som et undervisningsredskab.

"Hidtil har vi brugt armbevægelser, klap og lyd, men det ville være rart at bruge dans i fremtiden, " hun sagde.