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(共16张PPT)
第八课：测试运维校园数字气象站
本课程将探讨校园数字气象站的测试与运维流程。
我们将学习硬件模块测试、功能联调与系统运维的重要性。
通过实践，培养解决物联网系统实际问题的能力。
教学目标
1
能够认识硬件模块测试（输入、输出、通信等）、功能联调测试与系统运维的重要性（信息意识与计算思维)，了解如何搭建多种测试环境来检验校园数字气象站的功能与稳定性。
2
通过制定测试计划、记录测试结果、分析故障并进行维护（数字化学习与创新)，培养解决实际问题与优化物联网系统的能力。
3
在测试与运维过程中，学生需关注设备在线率、环境状态及潜在风险（信息社会责任)，确保系统长期稳定运行并服务于校园管理与生活。
聚焦问题
通过前面的学习，我们已经完成了校园数字气象站的搭建。校园数字气象站原型制作完成后，需要搭建必要的测试环境，以便进行项目作品各功能测试、整体联调测试、运行维护。
1
物联网测试需求
校园数字气象站完成后，需要进行哪些测试？
2
测试流程
测试的具体流程是什么？如何确保系统稳定性？
3
运维挑战
投入使用后，运行维护有哪些需要注意的问题？
探索测试环境
根据项目作品的功能类型、技术指标等要求，需搭建模拟测试环境，以便对项目作品进行测试。搭建测试环境时，需尽可能模拟真实环境。
模拟真实环境
测试环境应尽可能接近实际应用场景。
多次测试验证
通过反复测试检验系统稳定性与功能完整性。
环境独立性
确保测试环境独立，避免受其他因素干扰。
硬件模块测试
许多硬件连接错误或设备故障是在程序测试中被发现并纠正的。通常要先排除明显的硬件模块故障，再和程序结合起来测试，以便进一步排除故障。
硬件模块测试一般包括输入模块测试、输出模块测试和通信模块测试等。
输入模块测试
编写程序接收数据并显示，验证数据采集正确性。
输出模块测试
发送数据到输出模块，检查展示效果是否匹配。
通信模块测试
测试蓝牙模块、Wi-Fi接收模块等双向通信功能。
功能联调测试
功能联调是项目测试中的重要环节。
一般项目作品的功能很难做到一次成功，所以单项功能实现后，还需要进行功能联调测试。
模块组合
将已通过测试的各模块组合在一起进行整体测试。
数据流验证
检查数据是否能正确传输、显示及相互联动。
功能分析
整体分析作品功能是否完整，及时发现并修改错误。
物联网系统运维
大多数物联网系统部署完成后，前端设备在线率下降得很快，主要体现在一下几个方面：
设备在线率
受供电、通信不稳定等因素影响，需持续监控。
1
工作状态监测
传感器运行参数、设备工作状态需有效感知。
2
环境参数记录
记录设备使用环境参数，分析潜在风险。
3
安防监控
防止行为破坏，确保系统安全稳定运行。
4
议一议：
(1)分析校园数字气象站有哪些功能。
(2)为保证作品的整体功能实现，需要对哪些功能进行测试
议一议：气象站功能分析
温湿度采集
测量环境温度与湿度，提供实时数据。
风速风向
监测风力大小与方向变化，预测天气变化。
降雨量测量
记录降水情况，为校园活动提供参考。
预警功能
异常天气提前预警，保障校园安全。
测试功能：
1.预警功能测试
2.窗户控制功能测试
3.移动终端与智能终端通信功能测试
能量加油站：搭建测试环境
要测试项目作品功能，则需根据作品可能被应用的各种环境，搭建多种测试环境。
1
测试环境稳定可控
需在同一个测试环境进行多次测试，获取大量测试数据，以此检测项目作品的稳定性。
2
环境独立
搭建检测环境时，要确保测试环境独立，避免测试环境受其他因素影响
3
模拟多场景
覆盖各种应用环境
4
重复测试
获取充分数据验证
设计：测试流程
通过上面的学习我们已经了解了测试物联系统的基本方法。搭建完校园数字气象站之后，我们需要设计测试方案测试其功能是否完整。通常，测试流程如下:
1
步骤1
运行校园数字气象站，测试硬件是否连接正常；
2
步骤2
测试硬件能否正常工作，程序运行是否正常，以及测试环境的变动对测试结果的影响；
3
步骤3
检查智能终端能否正常显示气象信息，程序运行能否正常运行；
4
步骤4
移动终端向智能终端发送关窗指令，测试移动终端和智能终端是否能正常进行数据交互，实现反馈控制。
做一做：
请根据测试流程把右面的测试流程图补全
运行校园数字气象站
执行测试
测试硬件连接
测试程序运行
测试终端交互
测试结束
剩余测试项？
解决问题
结果？
所有测试项完成
成功
失败
有待测试
做一做：测试流程图
1
硬件检测
检查连接与供电
2
程序运行
启动系统软件
3
数据采集
验证传感器数据
4
终端交互
测试远程访问
实践：
做一做：
请根据上面的测试流程对校园数字气象站
进行实践操作测试，填写下表。
测试 内容 测试 环境 所需器 材设备 测试操作 测量结果 合格/不合格 优化 措施
雨量 传感器 下雨 环境 水 往雨量传感器中缓慢 倒入水，观察终端上 的数值变化 合格 无


运维措施与状态监测
在校园数字气象站运行过程中，需要实时关注设备的供电状态、网络状态、传感器状态、环境状态、安防状态等。若状态发生异常，需及时处理。请根据给出的状态监测内容补充运维措施，思考是否还有其他需要监测的状态并补充到下表中。
监测内容
运维措施
负责人
供电状态
定期检查电源，备用电池
设备组
网络状态
监控信号强度，确保稳定连接
网络组
传感器状态
定期校准，清洁维护
数据组
环境状态
防水防尘，防止极端天气损坏
环境组
项目完善
完成项目作品测试后，通常需要根据测试结果进行项目完善，在完善过程中提出新的改进方案，这也是在项目制作中经常说到的迭代。完善项目一般可以分为以下两个步骤。
第一步，审查完成的作品是否已实现初始设计的功能，如果没有实现，
要分析具体原因。
第二步，考虑当前作品是否还有可以优化提升和扩展的空间。
审查已完成功能是否符合初始需求，考虑扩展或改进方向。
可增加更精细预警功能或整合更多环境传感器。
持续优化，打造更智能、更稳定的校园数字气象站。第八课：测试运维数字气象站
一、选择题
容易题（5道）
选择题 1
题目：以下哪一项不属于硬件模块测试的内容？
A. 输入模块测试
B. 输出模块测试
C. 通信模块测试
D. 云端大数据分析测试
答案：D. 云端大数据分析测试
解析：硬件模块测试主要包含传感器（输入）、显示/执行器（输出）、通信（Wi-Fi/蓝牙等）等本地层面的测试，云端分析测试属于应用层或服务器端范畴。
选择题 2
题目：在功能联调测试中，下列哪一项属于常见的联调步骤？
A. 仅测试单个传感器是否正常
B. 同时验证多传感器数据采集与主控板显示、远程控制等协同功能
C. 仅关注网络连接速度
D. 单独查看温度传感器的电阻值
答案：B. 同时验证多传感器数据采集与主控板显示、远程控制等协同功能
解析：功能联调需要将各模块组合在一起测试其协同工作，而不是仅测试单个部件或单纯关注网络速度。
选择题 3
题目：在搭建测试环境时，为什么要尽可能模拟真实环境？
A. 让设备外观更好看
B. 保证测试结果更具真实性和可靠性
C. 避免学生操作失误
D. 增加测试难度
答案：B. 保证测试结果更具真实性和可靠性
解析：通过模拟真实使用场景进行测试，可以更准确地发现设备潜在问题，保证测试数据的可靠性。
选择题 4
题目：若要测试通信模块在校园数字气象站中的正常工作，应验证：
A. 传感器是否接线正确
B. 读卡器是否能够读取RFID标签
C. 通信模块能否接收并发送数据
D. 云平台是否存储大量数据
答案：C. 通信模块能否接收并发送数据
解析：通信模块测试主要检查数据双向收发功能是否正常，其它选项不属于通信模块的主要测试对象。
选择题 5
题目：在测试过程中若发现风速传感器采集到的数据远低于真实风速，最可能的原因是：
A. 数据传输方式不对
B. 主控板显示屏损坏
C. 风速传感器或其接线存在故障
D. 终端设备缺少电源
答案：C. 风速传感器或其接线存在故障
解析：若风速值明显偏离真实值，一般先检查传感器自身及其接线问题，而非传输或显示设备。
中等难度题（2道）
选择题 6
题目：功能联调测试中，若雨量传感器数据正常但主控板无法触发雨量报警，最合理的排查顺序是：
A. 先检查通信模块 → 再检查传感器 → 最后检查主控板程序逻辑
B. 先检查主控板程序逻辑 → 再检查通信模块 → 最后检查传感器
C. 先检查传感器接线和程序阈值逻辑 → 然后查看通信或显示环节
D. 先更换所有硬件设备重新安装
答案：C. 先检查传感器接线和程序阈值逻辑 → 然后查看通信或显示环节
解析：传感器数据“正常”但无法报警，需先看程序逻辑是否正确设置报警阈值，再检查其他环节是否传输或显示异常。
选择题 7
题目：在物联网系统的运维中，下列哪一项能有效提升前端设备在线率？
A. 定期给传感器供电并巡检网络状态
B. 在室外设备上安装更大功率路由器
C. 将所有传感器都改用离线模式
D. 使用同一品牌的所有模块
答案：A. 定期给传感器供电并巡检网络状态
解析：前端设备在线率常受供电、网络干扰等因素影响，定期维护电源与网络状况是常用提升手段。
较难题（1道）
选择题 8
题目：在完整的校园数字气象站测试流程中，若要模拟大风环境并检查“大风天自动关窗”功能，需要：
A. 仅在室内风扇旁测量温度
B. 调整主控板阈值至极高以跳过风速检测
C. 利用可控风源或风洞模拟大风，并观察传感器数据与执行器反应
D. 仅查看数据库中是否有风速记录
答案：C. 利用可控风源或风洞模拟大风，并观察传感器数据与执行器反应
解析：要真实测试“大风天自动关窗”，需在模拟环境中制造大风条件并检测传感器到执行器的整个闭环过程。
二、判断题（8道）
判断题 1
题目：在硬件模块测试中，输入模块测试指的是测试传感器能否正确输出电压或电流信号，与实际环境值无关。
答案：错误
解析：输入模块测试不仅要看传感器的电信号输出，还要核对输出值是否与真实环境数据相符合。
判断题 2
题目：功能联调测试可以在硬件模块尚未通过测试的情况下进行。
答案：错误
解析：应先确保硬件模块正常，再做整体功能联调，否则故障定位和修复难度会显著增加。
判断题 3
题目：通信模块测试既需验证其接收能力，也需验证其发送能力。
答案：正确
解析：物联网系统通信模块通常支持双向通信，因此需检查数据收发均正常。
判断题 4
题目：要检测校园数字气象站对风速超阈值的预警功能，可以将风速阈值设置得比实际可能出现的风速低很多。
答案：正确
解析：可在测试环境中将阈值降低以便快速触发预警并验证功能是否正确；实际使用时再调回合适阈值。
判断题 5
题目：在运维过程中，若供电状态异常或网络断线，前端设备在线率会迅速下降，需要及时维护。
答案：正确
解析：前端设备在线率常受供电与网络环境影响，出现异常需及时修复以确保系统正常运行。
判断题 6
题目：在搭建测试环境时，需保持环境稳定和可控，以减少测试环境变动对结果的影响。
答案：正确
解析：测试环境越接近稳定和真实，越能准确反映系统功能的可靠性与稳定性。
判断题 7
题目：在系统维护时，仅关注传感器的工作状态即可，无需关心执行器或安防状态。
答案：错误
解析：运维需综合关注传感器、执行器、网络、安防等多方面状态，保证系统整体正常。
判断题 8
题目：完成测试后无需再次迭代和优化项目作品，说明该系统已经成熟。
答案：错误
解析：测试只是发现问题与验证功能的过程，后续还需根据测试结果进行完善与迭代，持续改进系统。教学教案设计
总第 8 课时
课 题 名 称 测试运维校园数字气象站
学习目标 （包含学科核心素养） 学生能够认识硬件模块测试（输入、输出、通信等）、功能联调测试与系统运维的重要性（信息意识与计算思维)，了解如何搭建多种测试环境来检验校园数字气象站的功能与稳定性。 学生通过制定测试计划、记录测试结果、分析故障并进行维护（数字化学习与创新)，培养解决实际问题与优化物联网系统的能力。 在测试与运维过程中，学生需关注设备在线率、环境状态及潜在风险（信息社会责任)，确保系统长期稳定运行并服务于校园管理与生活。
问 题 类 型 学生问题 要想在校园数字气象站投入使用前完成测试，需要搭建怎样的测试环境？测试流程具体包括哪些步骤？ 硬件模块测试分为输入模块、输出模块、通信模块测试，这三者分别要检查什么？又该如何发现并排除故障？ 校园数字气象站在投入使用后，为什么还需要进行定期运维？我们在设备在线率、供电状态、环境状态等方面需要关注哪些问题？
学科问题 1. 在物联网系统的测试与运维中，如何通过搭建多种模拟环境与重复测试，确保项目作品的功能完整性与稳定性？ 2. 为何在测试流程中要先进行硬件模块测试，再进行功能联调测试？这样分层次测试对项目错误定位与及时修改有何益处？ 3. 物联网系统运维时，前端设备在线率下降常见于何种场景？如何通过状态监测与运维措施提高设备长期运行水平？
教师问题 1. 在测试校园数字气象站时，为什么要先进行硬件模块测试，再进行功能联调测试？ 2. 如果在功能联调测试过程中，气象数据未能正常上传，可能存在哪些问题？应该如何排查？
问题系统 （星号标出核心问题） 1. 在物联网系统的测试与运维中，如何通过搭建多种模拟环境与重复测试，确保项目作品的功能完整性与稳定性？ 2. 为何在测试流程中要先进行硬件模块测试，再进行功能联调测试？这样分层次测试对项目错误定位与及时修改有何益处？ 3. 物联网系统运维时，前端设备在线率下降常见于何种场景？如何通过状态监测与运维措施提高设备长期运行水平？
问题探究流程 导（问题引导）、学（自主探究）、探（合作探究）、测（课堂检测）、拓（知识拓展）
导（问题引导）： 情境创设： 在课堂出示上一课已完成的校园数字气象站原型图片或实物，提问： “我们已经完成了校园数字气象站的搭建。接下来要进行哪些测试？投入使用后要如何运维？” 问题引导： （学生问题1） “要想在校园数字气象站投入使用前完成测试，需要搭建怎样的测试环境？测试流程包括哪些步骤？” 答案：需要根据项目作品的功能类型、技术指标等要求搭建模拟测试环境，如在室内外分别测试温度、雨量传感器，并按照硬件模块测试、功能联调测试、运行维护等流程进行。 （学生问题2） “硬件模块测试时要测试哪些输入、输出和通信模块？如何发现并排除故障？” 答案：输入模块（如传感器）测试数据准确性，输出模块（如显示屏、执行器）测试数据呈现是否正确，通信模块（如Wi-Fi、蓝牙）测试数据是否可双向发送接收。 （教师问题1） “在测试校园数字气象站时，为什么要先进行硬件模块测试，再进行功能联调测试？” 答案：先排除硬件模块的明显错误，再做整体功能调试可提高效率并精准定位问题，减少不必要的交叉干扰。 教师总结知识点： 测试环境需模拟真实使用场景 测试流程：硬件模块测试 → 功能联调测试 → 系统运维 分层次测试有助于快速发现并修复问题 学（自主探究）： 自主探究任务： 任务1：硬件模块测试 教材内容： 硬件模块测试分为输入模块测试（检测传感器数据）、输出模块测试（显示屏/执行器状态）、通信模块测试（Wi-Fi/蓝牙双向通信） 问题探讨： （学科问题1） “在物联网系统的测试与运维中，如何通过搭建多种模拟环境与重复测试，确保项目作品功能与稳定性？” 答案：可在室内外搭建模拟环境，多次测量相同传感器数据，收集测试结果，用于验证准确性和稳定性。若出现异常值则排查传感器接线、程序逻辑或供电等问题。 任务2：功能联调测试 教材内容： 功能联调是项目测试中的重要环节，一般项目作品功能难一次成功，单项功能实现后需做整体功能联调测试 问题探讨： （学生问题3） “如果在功能联调测试过程中，气象数据未能正常上传，可能存在哪些问题？该如何排查？” 答案：可能是传感器故障、通信模块异常、程序逻辑错误或网络环境不稳定；需逐层排查硬件与程序，再在应用层检查数据上传逻辑。 教师总结知识点： 功能联调需验证所有模块协同工作 单项功能正常后，再做整体功能整合，查漏补缺 三、探（合作探究）： 合作探究任务： 任务3：运维流程与设备在线率 教材内容： 物联网系统部署后前端设备在线率可能下降 需监测传感器运行状态、设备供电、网络环境、安防等 科学规划运维计划，减少维护保养盲目性 活动设计： 学生分组讨论： “如何在测试环境中模拟设备掉线或传感器失灵等情况，并记录故障信息？” “可通过什么方式实时监测设备运行状态？如电源输入/输出、网络连接等？” 问题探讨： （学科问题2） “物联网系统运维时，前端设备在线率下降常见于何种场景？如何通过状态监测与运维措施提高设备长期运行水平？” 答案：户外供电、网络不稳定或环境干扰会导致在线率下降；可实时监测设备供电状态、网络连接、传感器工作状况等，并定期巡检或远程管理。 四（课堂检测）： 课堂检测题目设计: 选择题 题目：硬件模块测试通常不包括以下哪一项？ A. 输入模块测试 B. 输出模块测试 C. 通信模块测试 D. 云平台负载测试 答案：D. 云平台负载测试 解析：硬件模块测试主要在本地层面检查传感器、执行器和通信模块，云平台负载测试通常属于应用层或服务器端测试。 判断题 题目：功能联调测试必须在所有硬件模块测试均合格后进行，否则可能难以定位问题。 答案：正确 解析：先排除硬件层面的明显故障，再进行整体功能测试，可有效提高调试效率并精准定位故障。 五、拓（知识拓展）： 情境延伸：优化降雨警报及长期运维 教材延伸： “思考如何实现降雨警报更加智能化？在设备在线率与环境状态监测方面有哪些优化措施？” 活动建议： 学生头脑风暴： 结合传感器数据阈值自动触发远程警报或关闭窗户 设置设备在线率监测脚本，若传感器掉线则自动通知维护人员 问题探讨： （教师问题2） “若学生完成基础测试后，如何引导他们设计更完善的运维措施（如定期检测设备在线率、环境状态等），确保物联网系统在真实场景中稳定运行？” 答案：让学生在系统中添加状态监测模块，实时收集前端设备供电、网络连接等信息，一旦异常自动报警或提醒运维人员，以保持长期稳定运行。
板 书 设 计 测试运维校园数字气象站
一、测试环境与流程 搭建模拟环境，硬件模块测试→功能联调测试→运维 二、硬件模块测试 输入模块（传感器）、输出模块（显示/执行器）、通信模块（Wi-Fi/蓝牙） 三、功能联调 检查各模块协同工作，数据是否正常上传与显示 四、运维与在线率 供电状态、网络状态、传感器状态、环境状态、安防状态 定期巡检与维护
教 学 反 思 测试运维校园数字气象站
1.分层测试有助于学生形成系统思维 先进行硬件模块测试，再进行功能联调，最后关注运维状态，这种循序渐进的测试流程让学生在实践中更有条理地排查故障、完善系统，培养了他们的系统化思维与分析能力 2. 真实场景模拟激发学习热情 通过搭建模拟环境和多次测试，学生能更真切地体会物联网系统的实际工作方式，从而对硬件连接、程序调试和设备运维表现出更高的兴趣与主动性。 3. 运维与社会责任并重 学生在学习测试方法的同时，也认识到物联网设备长期运行维护的重要性，意识到信息社会责任需贯穿于设备在线率、故障排查、数据安全等各个环节。
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