資源簡介

(共16張PPT)
第八課：測試運維校園數字氣象站
本課程將探討校園數字氣象站的測試與運維流程。
我們將學習硬件模塊測試、功能聯調與系統運維的重要性。
通過實踐，培養解決物聯網系統實際問題的能力。
教學目標
1
能夠認識硬件模塊測試（輸入、輸出、通信等）、功能聯調測試與系統運維的重要性（信息意識與計算思維)，了解如何搭建多種測試環境來檢驗校園數字氣象站的功能與穩定性。
2
通過制定測試計劃、記錄測試結果、分析故障并進行維護（數字化學習與創新)，培養解決實際問題與優化物聯網系統的能力。
3
在測試與運維過程中，學生需關注設備在線率、環境狀態及潛在風險（信息社會責任)，確保系統長期穩定運行并服務于校園管理與生活。
聚焦問題
通過前面的學習，我們已經完成了校園數字氣象站的搭建。校園數字氣象站原型制作完成后，需要搭建必要的測試環境，以便進行項目作品各功能測試、整體聯調測試、運行維護。
1
物聯網測試需求
校園數字氣象站完成后，需要進行哪些測試？
2
測試流程
測試的具體流程是什么？如何確保系統穩定性？
3
運維挑戰
投入使用后，運行維護有哪些需要注意的問題？
探索測試環境
根據項目作品的功能類型、技術指標等要求，需搭建模擬測試環境，以便對項目作品進行測試。搭建測試環境時，需盡可能模擬真實環境。
模擬真實環境
測試環境應盡可能接近實際應用場景。
多次測試驗證
通過反復測試檢驗系統穩定性與功能完整性。
環境獨立性
確保測試環境獨立，避免受其他因素干擾。
硬件模塊測試
許多硬件連接錯誤或設備故障是在程序測試中被發現并糾正的。通常要先排除明顯的硬件模塊故障，再和程序結合起來測試，以便進一步排除故障。
硬件模塊測試一般包括輸入模塊測試、輸出模塊測試和通信模塊測試等。
輸入模塊測試
編寫程序接收數據并顯示，驗證數據采集正確性。
輸出模塊測試
發送數據到輸出模塊，檢查展示效果是否匹配。
通信模塊測試
測試藍牙模塊、Wi-Fi接收模塊等雙向通信功能。
功能聯調測試
功能聯調是項目測試中的重要環節。
一般項目作品的功能很難做到一次成功，所以單項功能實現后，還需要進行功能聯調測試。
模塊組合
將已通過測試的各模塊組合在一起進行整體測試。
數據流驗證
檢查數據是否能正確傳輸、顯示及相互聯動。
功能分析
整體分析作品功能是否完整，及時發現并修改錯誤。
物聯網系統運維
大多數物聯網系統部署完成后，前端設備在線率下降得很快，主要體現在一下幾個方面：
設備在線率
受供電、通信不穩定等因素影響，需持續監控。
1
工作狀態監測
傳感器運行參數、設備工作狀態需有效感知。
2
環境參數記錄
記錄設備使用環境參數，分析潛在風險。
3
安防監控
防止行為破壞，確保系統安全穩定運行。
4
議一議：
(1)分析校園數字氣象站有哪些功能。
(2)為保證作品的整體功能實現，需要對哪些功能進行測試
議一議：氣象站功能分析
溫濕度采集
測量環境溫度與濕度，提供實時數據。
風速風向
監測風力大小與方向變化，預測天氣變化。
降雨量測量
記錄降水情況，為校園活動提供參考。
預警功能
異常天氣提前預警，保障校園安全。
測試功能：
1.預警功能測試
2.窗戶控制功能測試
3.移動終端與智能終端通信功能測試
能量加油站：搭建測試環境
要測試項目作品功能，則需根據作品可能被應用的各種環境，搭建多種測試環境。
1
測試環境穩定可控
需在同一個測試環境進行多次測試，獲取大量測試數據，以此檢測項目作品的穩定性。
2
環境獨立
搭建檢測環境時，要確保測試環境獨立，避免測試環境受其他因素影響
3
模擬多場景
覆蓋各種應用環境
4
重復測試
獲取充分數據驗證
設計：測試流程
通過上面的學習我們已經了解了測試物聯系統的基本方法。搭建完校園數字氣象站之后，我們需要設計測試方案測試其功能是否完整。通常，測試流程如下:
1
步驟1
運行校園數字氣象站，測試硬件是否連接正常；
2
步驟2
測試硬件能否正常工作，程序運行是否正常，以及測試環境的變動對測試結果的影響；
3
步驟3
檢查智能終端能否正常顯示氣象信息，程序運行能否正常運行；
4
步驟4
移動終端向智能終端發送關窗指令，測試移動終端和智能終端是否能正常進行數據交互，實現反饋控制。
做一做：
請根據測試流程把右面的測試流程圖補全
運行校園數字氣象站
執行測試
測試硬件連接
測試程序運行
測試終端交互
測試結束
剩余測試項？
解決問題
結果？
所有測試項完成
成功
失敗
有待測試
做一做：測試流程圖
1
硬件檢測
檢查連接與供電
2
程序運行
啟動系統軟件
3
數據采集
驗證傳感器數據
4
終端交互
測試遠程訪問
實踐：
做一做：
請根據上面的測試流程對校園數字氣象站
進行實踐操作測試，填寫下表。
測試 內容 測試 環境 所需器 材設備 測試操作 測量結果 合格/不合格 優化 措施
雨量 傳感器 下雨 環境 水 往雨量傳感器中緩慢 倒入水，觀察終端上 的數值變化 合格 無


運維措施與狀態監測
在校園數字氣象站運行過程中，需要實時關注設備的供電狀態、網絡狀態、傳感器狀態、環境狀態、安防狀態等。若狀態發生異常，需及時處理。請根據給出的狀態監測內容補充運維措施，思考是否還有其他需要監測的狀態并補充到下表中。
監測內容
運維措施
負責人
供電狀態
定期檢查電源，備用電池
設備組
網絡狀態
監控信號強度，確保穩定連接
網絡組
傳感器狀態
定期校準，清潔維護
數據組
環境狀態
防水防塵，防止極端天氣損壞
環境組
項目完善
完成項目作品測試后，通常需要根據測試結果進行項目完善，在完善過程中提出新的改進方案，這也是在項目制作中經常說到的迭代。完善項目一般可以分為以下兩個步驟。
第一步，審查完成的作品是否已實現初始設計的功能，如果沒有實現，
要分析具體原因。
第二步，考慮當前作品是否還有可以優化提升和擴展的空間。
審查已完成功能是否符合初始需求，考慮擴展或改進方向。
可增加更精細預警功能或整合更多環境傳感器。
持續優化，打造更智能、更穩定的校園數字氣象站。第八課：測試運維數字氣象站
一、選擇題
容易題（5道）
選擇題 1
題目：以下哪一項不屬于硬件模塊測試的內容？
A. 輸入模塊測試
B. 輸出模塊測試
C. 通信模塊測試
D. 云端大數據分析測試
答案：D. 云端大數據分析測試
解析：硬件模塊測試主要包含傳感器（輸入）、顯示/執行器（輸出）、通信（Wi-Fi/藍牙等）等本地層面的測試，云端分析測試屬于應用層或服務器端范疇。
選擇題 2
題目：在功能聯調測試中，下列哪一項屬于常見的聯調步驟？
A. 僅測試單個傳感器是否正常
B. 同時驗證多傳感器數據采集與主控板顯示、遠程控制等協同功能
C. 僅關注網絡連接速度
D. 單獨查看溫度傳感器的電阻值
答案：B. 同時驗證多傳感器數據采集與主控板顯示、遠程控制等協同功能
解析：功能聯調需要將各模塊組合在一起測試其協同工作，而不是僅測試單個部件或單純關注網絡速度。
選擇題 3
題目：在搭建測試環境時，為什么要盡可能模擬真實環境？
A. 讓設備外觀更好看
B. 保證測試結果更具真實性和可靠性
C. 避免學生操作失誤
D. 增加測試難度
答案：B. 保證測試結果更具真實性和可靠性
解析：通過模擬真實使用場景進行測試，可以更準確地發現設備潛在問題，保證測試數據的可靠性。
選擇題 4
題目：若要測試通信模塊在校園數字氣象站中的正常工作，應驗證：
A. 傳感器是否接線正確
B. 讀卡器是否能夠讀取RFID標簽
C. 通信模塊能否接收并發送數據
D. 云平臺是否存儲大量數據
答案：C. 通信模塊能否接收并發送數據
解析：通信模塊測試主要檢查數據雙向收發功能是否正常，其它選項不屬于通信模塊的主要測試對象。
選擇題 5
題目：在測試過程中若發現風速傳感器采集到的數據遠低于真實風速，最可能的原因是：
A. 數據傳輸方式不對
B. 主控板顯示屏損壞
C. 風速傳感器或其接線存在故障
D. 終端設備缺少電源
答案：C. 風速傳感器或其接線存在故障
解析：若風速值明顯偏離真實值，一般先檢查傳感器自身及其接線問題，而非傳輸或顯示設備。
中等難度題（2道）
選擇題 6
題目：功能聯調測試中，若雨量傳感器數據正常但主控板無法觸發雨量報警，最合理的排查順序是：
A. 先檢查通信模塊 → 再檢查傳感器 → 最后檢查主控板程序邏輯
B. 先檢查主控板程序邏輯 → 再檢查通信模塊 → 最后檢查傳感器
C. 先檢查傳感器接線和程序閾值邏輯 → 然后查看通信或顯示環節
D. 先更換所有硬件設備重新安裝
答案：C. 先檢查傳感器接線和程序閾值邏輯 → 然后查看通信或顯示環節
解析：傳感器數據“正常”但無法報警，需先看程序邏輯是否正確設置報警閾值，再檢查其他環節是否傳輸或顯示異常。
選擇題 7
題目：在物聯網系統的運維中，下列哪一項能有效提升前端設備在線率？
A. 定期給傳感器供電并巡檢網絡狀態
B. 在室外設備上安裝更大功率路由器
C. 將所有傳感器都改用離線模式
D. 使用同一品牌的所有模塊
答案：A. 定期給傳感器供電并巡檢網絡狀態
解析：前端設備在線率常受供電、網絡干擾等因素影響，定期維護電源與網絡狀況是常用提升手段。
較難題（1道）
選擇題 8
題目：在完整的校園數字氣象站測試流程中，若要模擬大風環境并檢查“大風天自動關窗”功能，需要：
A. 僅在室內風扇旁測量溫度
B. 調整主控板閾值至極高以跳過風速檢測
C. 利用可控風源或風洞模擬大風，并觀察傳感器數據與執行器反應
D. 僅查看數據庫中是否有風速記錄
答案：C. 利用可控風源或風洞模擬大風，并觀察傳感器數據與執行器反應
解析：要真實測試“大風天自動關窗”，需在模擬環境中制造大風條件并檢測傳感器到執行器的整個閉環過程。
二、判斷題（8道）
判斷題 1
題目：在硬件模塊測試中，輸入模塊測試指的是測試傳感器能否正確輸出電壓或電流信號，與實際環境值無關。
答案：錯誤
解析：輸入模塊測試不僅要看傳感器的電信號輸出，還要核對輸出值是否與真實環境數據相符合。
判斷題 2
題目：功能聯調測試可以在硬件模塊尚未通過測試的情況下進行。
答案：錯誤
解析：應先確保硬件模塊正常，再做整體功能聯調，否則故障定位和修復難度會顯著增加。
判斷題 3
題目：通信模塊測試既需驗證其接收能力，也需驗證其發送能力。
答案：正確
解析：物聯網系統通信模塊通常支持雙向通信，因此需檢查數據收發均正常。
判斷題 4
題目：要檢測校園數字氣象站對風速超閾值的預警功能，可以將風速閾值設置得比實際可能出現的風速低很多。
答案：正確
解析：可在測試環境中將閾值降低以便快速觸發預警并驗證功能是否正確；實際使用時再調回合適閾值。
判斷題 5
題目：在運維過程中，若供電狀態異常或網絡斷線，前端設備在線率會迅速下降，需要及時維護。
答案：正確
解析：前端設備在線率常受供電與網絡環境影響，出現異常需及時修復以確保系統正常運行。
判斷題 6
題目：在搭建測試環境時，需保持環境穩定和可控，以減少測試環境變動對結果的影響。
答案：正確
解析：測試環境越接近穩定和真實，越能準確反映系統功能的可靠性與穩定性。
判斷題 7
題目：在系統維護時，僅關注傳感器的工作狀態即可，無需關心執行器或安防狀態。
答案：錯誤
解析：運維需綜合關注傳感器、執行器、網絡、安防等多方面狀態，保證系統整體正常。
判斷題 8
題目：完成測試后無需再次迭代和優化項目作品，說明該系統已經成熟。
答案：錯誤
解析：測試只是發現問題與驗證功能的過程，后續還需根據測試結果進行完善與迭代，持續改進系統。教學教案設計
總第 8 課時
課 題 名 稱 測試運維校園數字氣象站
學習目標 （包含學科核心素養） 學生能夠認識硬件模塊測試（輸入、輸出、通信等）、功能聯調測試與系統運維的重要性（信息意識與計算思維)，了解如何搭建多種測試環境來檢驗校園數字氣象站的功能與穩定性。 學生通過制定測試計劃、記錄測試結果、分析故障并進行維護（數字化學習與創新)，培養解決實際問題與優化物聯網系統的能力。 在測試與運維過程中，學生需關注設備在線率、環境狀態及潛在風險（信息社會責任)，確保系統長期穩定運行并服務于校園管理與生活。
問 題 類 型 學生問題 要想在校園數字氣象站投入使用前完成測試，需要搭建怎樣的測試環境？測試流程具體包括哪些步驟？ 硬件模塊測試分為輸入模塊、輸出模塊、通信模塊測試，這三者分別要檢查什么？又該如何發現并排除故障？ 校園數字氣象站在投入使用后，為什么還需要進行定期運維？我們在設備在線率、供電狀態、環境狀態等方面需要關注哪些問題？
學科問題 1. 在物聯網系統的測試與運維中，如何通過搭建多種模擬環境與重復測試，確保項目作品的功能完整性與穩定性？ 2. 為何在測試流程中要先進行硬件模塊測試，再進行功能聯調測試？這樣分層次測試對項目錯誤定位與及時修改有何益處？ 3. 物聯網系統運維時，前端設備在線率下降常見于何種場景？如何通過狀態監測與運維措施提高設備長期運行水平？
教師問題 1. 在測試校園數字氣象站時，為什么要先進行硬件模塊測試，再進行功能聯調測試？ 2. 如果在功能聯調測試過程中，氣象數據未能正常上傳，可能存在哪些問題？應該如何排查？
問題系統 （星號標出核心問題） 1. 在物聯網系統的測試與運維中，如何通過搭建多種模擬環境與重復測試，確保項目作品的功能完整性與穩定性？ 2. 為何在測試流程中要先進行硬件模塊測試，再進行功能聯調測試？這樣分層次測試對項目錯誤定位與及時修改有何益處？ 3. 物聯網系統運維時，前端設備在線率下降常見于何種場景？如何通過狀態監測與運維措施提高設備長期運行水平？
問題探究流程 導（問題引導）、學（自主探究）、探（合作探究）、測（課堂檢測）、拓（知識拓展）
導（問題引導）： 情境創設： 在課堂出示上一課已完成的校園數字氣象站原型圖片或實物，提問： “我們已經完成了校園數字氣象站的搭建。接下來要進行哪些測試？投入使用后要如何運維？” 問題引導： （學生問題1） “要想在校園數字氣象站投入使用前完成測試，需要搭建怎樣的測試環境？測試流程包括哪些步驟？” 答案：需要根據項目作品的功能類型、技術指標等要求搭建模擬測試環境，如在室內外分別測試溫度、雨量傳感器，并按照硬件模塊測試、功能聯調測試、運行維護等流程進行。 （學生問題2） “硬件模塊測試時要測試哪些輸入、輸出和通信模塊？如何發現并排除故障？” 答案：輸入模塊（如傳感器）測試數據準確性，輸出模塊（如顯示屏、執行器）測試數據呈現是否正確，通信模塊（如Wi-Fi、藍牙）測試數據是否可雙向發送接收。 （教師問題1） “在測試校園數字氣象站時，為什么要先進行硬件模塊測試，再進行功能聯調測試？” 答案：先排除硬件模塊的明顯錯誤，再做整體功能調試可提高效率并精準定位問題，減少不必要的交叉干擾。 教師總結知識點： 測試環境需模擬真實使用場景 測試流程：硬件模塊測試 → 功能聯調測試 → 系統運維 分層次測試有助于快速發現并修復問題 學（自主探究）： 自主探究任務： 任務1：硬件模塊測試 教材內容： 硬件模塊測試分為輸入模塊測試（檢測傳感器數據）、輸出模塊測試（顯示屏/執行器狀態）、通信模塊測試（Wi-Fi/藍牙雙向通信） 問題探討： （學科問題1） “在物聯網系統的測試與運維中，如何通過搭建多種模擬環境與重復測試，確保項目作品功能與穩定性？” 答案：可在室內外搭建模擬環境，多次測量相同傳感器數據，收集測試結果，用于驗證準確性和穩定性。若出現異常值則排查傳感器接線、程序邏輯或供電等問題。 任務2：功能聯調測試 教材內容： 功能聯調是項目測試中的重要環節，一般項目作品功能難一次成功，單項功能實現后需做整體功能聯調測試 問題探討： （學生問題3） “如果在功能聯調測試過程中，氣象數據未能正常上傳，可能存在哪些問題？該如何排查？” 答案：可能是傳感器故障、通信模塊異常、程序邏輯錯誤或網絡環境不穩定；需逐層排查硬件與程序，再在應用層檢查數據上傳邏輯。 教師總結知識點： 功能聯調需驗證所有模塊協同工作 單項功能正常后，再做整體功能整合，查漏補缺 三、探（合作探究）： 合作探究任務： 任務3：運維流程與設備在線率 教材內容： 物聯網系統部署后前端設備在線率可能下降 需監測傳感器運行狀態、設備供電、網絡環境、安防等 科學規劃運維計劃，減少維護保養盲目性 活動設計： 學生分組討論： “如何在測試環境中模擬設備掉線或傳感器失靈等情況，并記錄故障信息？” “可通過什么方式實時監測設備運行狀態？如電源輸入/輸出、網絡連接等？” 問題探討： （學科問題2） “物聯網系統運維時，前端設備在線率下降常見于何種場景？如何通過狀態監測與運維措施提高設備長期運行水平？” 答案：戶外供電、網絡不穩定或環境干擾會導致在線率下降；可實時監測設備供電狀態、網絡連接、傳感器工作狀況等，并定期巡檢或遠程管理。 四（課堂檢測）： 課堂檢測題目設計: 選擇題 題目：硬件模塊測試通常不包括以下哪一項？ A. 輸入模塊測試 B. 輸出模塊測試 C. 通信模塊測試 D. 云平臺負載測試 答案：D. 云平臺負載測試 解析：硬件模塊測試主要在本地層面檢查傳感器、執行器和通信模塊，云平臺負載測試通常屬于應用層或服務器端測試。 判斷題 題目：功能聯調測試必須在所有硬件模塊測試均合格后進行，否則可能難以定位問題。 答案：正確 解析：先排除硬件層面的明顯故障，再進行整體功能測試，可有效提高調試效率并精準定位故障。 五、拓（知識拓展）： 情境延伸：優化降雨警報及長期運維 教材延伸： “思考如何實現降雨警報更加智能化？在設備在線率與環境狀態監測方面有哪些優化措施？” 活動建議： 學生頭腦風暴： 結合傳感器數據閾值自動觸發遠程警報或關閉窗戶 設置設備在線率監測腳本，若傳感器掉線則自動通知維護人員 問題探討： （教師問題2） “若學生完成基礎測試后，如何引導他們設計更完善的運維措施（如定期檢測設備在線率、環境狀態等），確保物聯網系統在真實場景中穩定運行？” 答案：讓學生在系統中添加狀態監測模塊，實時收集前端設備供電、網絡連接等信息，一旦異常自動報警或提醒運維人員，以保持長期穩定運行。
板 書 設 計 測試運維校園數字氣象站
一、測試環境與流程 搭建模擬環境，硬件模塊測試→功能聯調測試→運維 二、硬件模塊測試 輸入模塊（傳感器）、輸出模塊（顯示/執行器）、通信模塊（Wi-Fi/藍牙） 三、功能聯調 檢查各模塊協同工作，數據是否正常上傳與顯示 四、運維與在線率 供電狀態、網絡狀態、傳感器狀態、環境狀態、安防狀態 定期巡檢與維護
教 學 反 思 測試運維校園數字氣象站
1.分層測試有助于學生形成系統思維 先進行硬件模塊測試，再進行功能聯調，最后關注運維狀態，這種循序漸進的測試流程讓學生在實踐中更有條理地排查故障、完善系統，培養了他們的系統化思維與分析能力 2. 真實場景模擬激發學習熱情 通過搭建模擬環境和多次測試，學生能更真切地體會物聯網系統的實際工作方式，從而對硬件連接、程序調試和設備運維表現出更高的興趣與主動性。 3. 運維與社會責任并重 學生在學習測試方法的同時，也認識到物聯網設備長期運行維護的重要性，意識到信息社會責任需貫穿于設備在線率、故障排查、數據安全等各個環節。
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