Att stirra på rader med siffror eller formler på en sida kan vara störande för många barn som studerar matematik eller naturvetenskap i skolan. Men musik, teckning och till och med kroppsrörelse ger lovande nya sätt att lära ut komplexa ämnen till ungdomar.

Trumman från en fiolsträng eller en trumma kan först tyckas ha lite med fysik att göra, bråk eller vinklar. Verkligen, naturvetenskap och konstnärliga ämnen som musik har traditionellt behandlats helt separat i utbildningen.

Men forskare tror att om man bryter ned de godtyckliga barriärerna mellan vetenskap och konst kan eleverna lättare förstå knepiga koncept. Det leder till ett nytt sätt att undervisa som syftar till att kombinera naturvetenskap, teknologi, teknik, konst och matematik, gemensamt känd som STEAM.

"Vi försöker göra denna STEAM-inlärningsmetod känd för utbildningssamhället, " sa Dr Vassilis Katsouros från Athena Research Centres Institute for Language and Speech Processing i Aten, Grekland, och koordinator för ett projekt som heter iMuSciCA. "När du sammanför människor från konst och STEM-ämnen, de kan arbeta tillsammans för att få väldigt kreativa idéer."

Den här typen av tvärvetenskapligt samarbete är allt vanligare på universitetsnivå och i industrin, leder ofta till spännande nyutveckling inom teknik, vetenskap och konst. Dr. Katsouros och hans kollegor hoppas kunna introducera detta sätt att tänka i ett tidigare skede.

Vågteori

iMuSciCA-projektet använder musik för att lära gymnasiebarn om svåra begrepp som vågteori i fysik och ekvationer i matematik. Eleverna designar ett virtuellt musikinstrument på en dator, där de kan ändra dess fysiska egenskaper för att förstå hur det påverkar ljudet det producerar.

"Om de ändrar metallen som en sträng är gjord av är sättet som strängen vibrerar och vågformen på ljudet den producerar annorlunda, " förklarade Dr. Katsouros. "Eleverna kan se hur densiteten av materialet påverkar ljudet och se ljudvågen det producerar. Det kan hjälpa dem att förstå begrepp som frekvens och amplitud."

Teamet har skapat en "arbetsbänk" online som gör det möjligt för lärare att införliva tekniken och verktygen som utvecklats som en del av iMuSciCA i sina lektioner. Genom onlineverktygen, studenter kan skapa sträng- eller slaginstrument med hjälp av programmet iMuSciCA.

Tekniken kan också göra det möjligt för eleverna att lära sig andra begrepp på högre nivå som geometri och symmetri genom att visa hur en ändring av formen eller orienteringen på en yta kan förändra hur ljud reflekteras från den. Det kan också ge insikter om slumpmässighet och periodicitet.

Elever uppmuntras att arbeta i lag för att komponera sin egen musik, till och med skapa fysiska versioner av de instrument de har designat online med hjälp av 3-D-utskrift. Vid ett pilotevenemang bildade studenter ett band som också skulle uppträda tillsammans.

"För närvarande är dessa bara blåsinstrument, eftersom 3D-utskrift i plast är billigare och enklare än i material som metall, " sa Dr Katsouros.

Hittills har iMuSciCA testats i 10 skolor i Grekland, Frankrike och Belgien, som involverar mer än 300 elever i åldrarna 15-16 år. Sextio lärare har också deltagit i workshops för att lära sig att införliva de musikaliska verktygen i sina lektioner.

Motivering

"Vi mäter och analyserar fortfarande vilken effekt det har haft, ", sa Dr. Katsouros. "Men vi har sett elevernas motivation öka avsevärt. Elever i denna ålder är mycket bekanta och intresserade av musik, så det verkar hänga ihop med dem."

Men musik ger inte bara nya sätt att lära tonåringar om naturvetenskap och matematik. Forskare har kombinerat det med kroppsrörelser, klappa och röra vid fysiska föremål för att utveckla nya sätt att undervisa även yngre barn.

"Visuell information är inte alltid det bästa sättet att kommunicera saker som geometri eller aritmetik, " sa Dr Monica Gori, en neuroforskare vid Istituto Italiano di Tecnologia i Genua, Italien, och koordinator för WeDraw-projektet.

Hennes team har skapat en serie spel med teknologier som uppmuntrar barn under åtta år att skapa vinklar med sina kroppar eller leka med ljud.

Ett spel, kallas RobotAngle, använder rörelseavkännande kameror för att upptäcka när elever sprider sina armar ovanför huvudet för att skapa vinklar. Varje vinkel är associerad med olika musikaliska toner som liknar de från en fiol, med högre stigning som används för spetsiga vinklar och låg stigning för trubbiga vinklar.

Samma system låter barn skapa bråk genom att öppna armarna för att ändra täljaren och benen för att ändra nämnaren. Klappa användes också för att utlösa ett trumslag i takt med en rörlig fläck på skärmen, återigen hjälpa till att lära barn om bråk genom att använda rytm.

Ett till spel, kallas Cartesian Garden, låter barn rita former i en virtuell miljö genom att fysiskt gå runt i ett rum för att samla föremål. En tredjedel, kallas Spaceshape, lär barn om tredimensionella former genom att uppmuntra dem att rita dem och flytta dem på en pekskärm.

Tester

Inledande prov i grundskolor i Italien, Ireland och Storbritannien av WeDraw-teamet såg mer än 200 barn prova spelen i 10 olika klasser. I varje, en halv klass använde de multisensoriska spelen i 15 minuter varje dag under en vecka som en del av sina lektioner och den andra hälften undervisades med en förenklad version av spelet som använde traditionella visuella tekniker.

"Vi ser förbättringar hos de flesta av barnen, " sa Dr. Gori. "För Spaceshape-spelet, till exempel, vi såg en förståelse för form och 3D-rörelse."

Men vissa av förbättringarna verkar bara vara uppenbara i specifika åldersgrupper. Till exempel, teamet såg bara förbättringar i förståelsen av bråk och former hos sjuåringar.

"Det här är den ålder de borde börja för att förstå dessa begrepp och är därför mer känsliga för de potentiella fördelarna, " sa Dr Gori.

Teamet har också utvecklat multisensoriska tekniker så att de kan användas av elever som har dyslexi eller synnedsättning. Att använda kroppsrörelser förknippade med ljud kan verkligen hjälpa blinda barn att förstå vinklar, till exempel.

Dr. Gori tillade att de i framtiden hoppas kunna kombinera musikaliska och kroppsrörelser ytterligare för att använda dans som ett läromedel.

"Hintills har vi använt armrörelser, klappar och ljud, men det skulle vara trevligt att använda dans i framtiden, " Hon sa.