전기 메시지: 그때와 현재 - IEEE에서 제공하는 TryEngineering.org

전기 메시지: 그때와 지금

이 수업은 국제 모스 부호를 사용하는 빛 신호에서 문자 메시지에 이르기까지 전자 메시지 시스템을 탐구하는 데 중점을 둡니다. 학생들은 배터리, 전선, 스위치 및 전구를 사용하여 간단한 전신기를 구성하고 통신이 사회에 미치는 영향을 탐구합니다.

전기 기반 통신에 대해 알아보십시오.
모스 부호 체계에 대해 알아보십시오.
배선, 스위치 및 간단한 회로에 대해 알아보십시오.
팀워크와 문제 해결에 대해 알아보세요.
의사 소통의 역사와 세계 사건에 미치는 영향에 대해 알아보십시오.

연령 수준 : 8-14

빌드 재료(팀별)

필수 자료

절연 전선
D 사이즈 배터리
D 사이즈 배터리 홀더
1.5볼트 전구 소켓
1.5V 전구

대체 재료

PacSci 모스 부호 키트는 온라인으로 많은 소매점에서 구입할 수 있습니다.

시험 재료

큰 판지 조각

시험 재료 및 공정

소스

큰 판지 조각

방법

각 팀이 모스 부호 시스템을 사용하여 다른 팀에 보낼 "비밀" 메시지를 고안하게 합니다.
팀은 조명이 켜진 코드 메시지를 몇 번 연습하여 명확하고 읽을 수 있도록 해야 합니다. (힌트: 스위치를 짧게 누르면 점(.)이 표시되고 길게 누르면 대시(-)가 표시됩니다.
라이트 코드를 해독하는 과정 외에는 "메시지"를 볼 수 없도록 두 팀 사이에 판지 조각을 놓습니다.
각 팀이 파트너 팀의 메시지를 해독하도록 합니다.

엔지니어링 디자인 챌린지

디자인 도전

당신은 배터리, 전선, 전구로 작동하는 회로를 구축해야 하는 과제를 안고 있는 엔지니어 팀의 일원입니다. 전구를 켜고 끄는 방식으로 스위치를 추가해야 합니다.

기준

전구를 켜고 끌 수 있는 스위치가 있어야 합니다.

제약

제공된 재료만 사용하십시오.

활동 지침 및 절차

수업을 2명씩 팀으로 나누기
Electric Messages: then and Now 워크시트와 디자인 스케치를 위한 종이 몇 장을 나누어 주십시오.
배경 개념 섹션의 주제에 대해 토론합니다. 배경 개념 섹션에서 국제 모스 부호를 검토하십시오. 학생들이 간단한 회로에 익숙하지 않다면 배경 개념 섹션을 사용하여 개요를 제공하십시오.
엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다. 학생들에게 휴대 전화에서 모스 부호 시스템을 사용하는 것이 어떤 것인지 묻는 것을 고려하십시오.
각 팀에 자료를 제공합니다.
학생들은 배터리, 전선 및 전구를 사용하여 작동 회로를 만들어야 한다고 설명합니다. 전구를 켜고 끄는 방식으로 스위치를 추가해야 합니다.
설계 및 구축에 소요되는 시간을 알립니다(1시간 권장).
타이머나 온라인 스톱워치(카운트다운 기능)를 사용하여 시간을 잘 지키십시오. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). 학생들에게 정기적인 "시간 확인"을 하여 과제를 계속 수행하도록 합니다. 그들이 어려움을 겪고 있다면 더 빨리 해결책을 찾을 수 있는 질문을 하십시오.
학생들은 회로와 스위치를 만나 계획을 세웁니다. 그들은 회로를 스케치하고 건물을 짓기 전에 종이에 스위치를 켜야 합니다.
팀은 회로와 스위치를 구축합니다.
시험용:
- 각 팀이 모스 부호 시스템을 사용하여 다른 팀에 보낼 "비밀" 메시지를 고안하게 합니다.
- 팀은 조명이 켜진 코드 메시지를 몇 번 연습하여 명확하고 읽을 수 있도록 해야 합니다. (힌트: 스위치를 짧게 누르면 점(.)이 표시되고 길게 누르면 대시(-)가 표시됩니다.
- 라이트 코드를 해독하는 과정 외에는 "메시지"를 볼 수 없도록 두 팀 사이에 판지 조각을 놓습니다.
- 각 팀이 파트너 팀의 메시지를 해독하도록 합니다.
학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.

확장 아이디어

학생들이 메시지를 보낼 수 있는 자신만의 코드를 고안하게 합니다. 이것은 빛, 소리, 그들이 생각할 수 있는 무엇이든 할 수 있습니다.
세 번째 학생 그룹이 처음 두 팀에서 전송되는 메시지를 가로채도록 합니다.

학생 성찰(엔지니어링 노트)

다른 팀의 메시지는 무엇이라고 했습니까?
다른 팀의 메시지를 이해하는 데 어려움은 없었나요? 그렇다면 무엇입니까?
팀의 메시지는 무엇이라고 했습니까?
다른 팀이 당신의 메시지를 이해했습니까? 그렇지 않다면 무엇이 잘못되었습니까?
당신의 팀이 세계 안전에 중요한 메시지를 전달했다면… 어떻게 되었을까요?

시간 수정

수업은 고학년 학생의 경우 1회 수업 시간에 완료할 수 있습니다. 그러나 학생들이 서두르지 않도록 하고 학생의 성공을 보장하기 위해(특히 어린 학생의 경우) 수업을 두 기간으로 나누어 학생들에게 브레인스토밍, 아이디어 테스트 및 디자인을 완성할 더 많은 시간을 제공합니다. 다음 수업 시간에 테스트 및 보고를 수행합니다.

사무엘이 한 일
1835년 뉴욕 대학의 예술 및 디자인 교수였던 Samuel FB Morse는 신호가 유선으로 전송될 수 있음을 증명했습니다. 그는 전류 펄스를 사용하여 전자석을 편향시켰고, 이 전자석은 모스 부호의 발명인 종이 조각에 쓰여진 코드를 생성하기 위해 마커를 움직였습니다. 이듬해에 이 장치는 점과 대시로 종이를 엠보싱하도록 수정되었습니다. 그는 1838년에 공개 시위를 했지만 대중의 무관심을 반영하여 의회가 워싱턴에서 볼티모어까지 30,000마일 거리에 실험적인 전신선을 건설하기 위해 40달러를 지원한 것은 XNUMX년 후였습니다. XNUMX년 후, 의회 의원들은 전신선의 일부를 통해 메시지를 주고받는 것을 목격했습니다.

뉴스 퍼뜨리기
오늘날 인스턴트 메시징을 사용하면 150년 전 대통령 선거 결과에 대한 소문이 퍼지는 데 몇 달이 걸렸다는 것을 상상할 수 없습니다. 그러나 Morse의 발명은 오늘날 널리 퍼져 있는 전자 통신의 잠재력을 활용했습니다. 24년 1844월 1999일, 미국 민주당 전당대회가 메릴랜드주 볼티모어에서 열렸다. Van Buren이 유력한 선택으로 보였지만 그의 상대인 James K. Polk가 지명을 받았습니다. 이 소식은 즉시 워싱턴에 전보되었지만 회의론자들은 그것을 믿기를 거부했습니다. 사람들이 보고를 확인하기 위해 볼티모어에서 기차로 도착한 후에야 많은 사람들이 전신의 가치를 확신했습니다. 이제 우리는 전자 통신을 신뢰하게 되었고 그것을 당연하게 여겼습니다! 그러나… XNUMX년까지 전신 키를 사용하는 국제 모스 부호가 장거리 해상 통신의 국제 표준으로 남아 있다는 사실을 알고 계셨습니까?

문자 메시지 또는 SMS
문자 메시지 또는 SMS(단문 메시지 서비스)는 휴대폰 간에 문자를 보내거나 컴퓨터 또는 기타 휴대용 장치에서 휴대폰으로 문자를 보냅니다. 왜 "짧아?" 현재 가장 긴 문자 메시지는 라틴 알파벳의 문자, 숫자 또는 기호 160개입니다. 그리고 중국어와 같은 다른 알파벳의 경우 대문자는 70자에 불과합니다. 작동 방식은 다음과 같습니다. 휴대 전화는 전화 타워에서 연결 메시지를 지속적으로 보내고 받습니다. 이것은 귀하가 물리적으로 위치한 "셀"을 확인합니다. 세포는 일반적으로 약 10평방마일입니다. 문자 메시지는 전화를 받는 것과 동일한 시스템을 사용합니다. 그러나 정보는 텍스트 모드 또는 PDU(프로토콜 설명 단위) 모드로 송수신됩니다. 익숙한 소리? 아마 사무엘 모스가 승인할 것입니다!

국제 모스 부호 규칙

국제 모스 부호
오늘날 모스 부호라고 불리는 것은 실제로 사무엘 모스가 원래 만든 것과는 약간 다릅니다. 1848년에 코드 시퀀스와 2004개의 문자에 대한 일부 변경이 독일에서 도입되었으며 현재 "International Morse"라는 세계적인 표준으로 인정받고 있습니다. 코드는 시간이 지남에 따라 약간 변경됩니다. 예를 들어 "@" 기호는 XNUMX년에 추가되어 A와 C를 하나의 문자로 결합했습니다.

기호 인식
전기 버스트를 사용하여 모스 부호로 메시지를 보내면 정보를 비교적 비공개로 보낼 수 있습니다. 코드는 소리나 빛을 사용하여 전기적으로 전송될 수 있습니다. 이 단원에서는 스위치와 조명 장치를 사용하여 모스 부호 시스템을 시연할 것입니다. 모스 부호로 메시지를 철자하기 위해 조명을 사용하는 것은 1867년으로 거슬러 올라갑니다. 1890년대에 전등의 출현으로 "깜빡이 등"은 신호를 보내는 효과적인 도구가 되었습니다.

편지	암호	편지	암호	편지	암호	번호	암호	기호	암호
A	·-	N	-·	ä	·-·-	0	-	기간 [.]	·-·-·-
B	-···	O	-	à	·-·-	1	·—-	반점 [,]	-··-
C	---·	P	·-·	ĉ	---··	2	··-	물음표 [?]	··-··
D	-··	Q	–·-	ch	-	3	···–	아포스트로피 [']	·—-·
E	·	R	·-·	ð	··-·	4	····-	감탄 [!]	-·-·-
F	··-·	S	···	è	·-··-	5	･･･	슬래시 [/]	-··-·
G	– ·	T	-	é	··-··	6	-····	앰퍼샌드 [&]	· ···
H	····	U	··-	ĝ	–·-·	7	–···	콜론 [:]	—···
I	··	V	···-	ĥ	-·-·	8	—··	세미콜론 [;]	---·-·
J	·—	W	·–	ĵ	·—·	9	—- ·	하이픈 [-]	-····--
K	---	X	-··-	ñ	-·-			표지판에 [@]	·-·-·
L	·-··	Y	-·-	ö	—·			밑줄 [_]	··- ·-
M	-	Z	–··	ü	··-

존 조지 필립스 유산

타이타닉 히어로
대부분의 사람들은 1500년 빙산과 충돌한 후 약 1912명의 사람들이 타이타닉이 침몰하면서 사망한 타이타닉 재해에 대해 잘 알고 있습니다. 많은 사람들은 처녀 항해에 있는 모든 개인을 구할 만큼 충분한 구명정을 타이타닉에 장비하지 않은 배의 설계자를 비난합니다. 그러나 어떤 사람들은 또한 새뮤얼 모스의 코드를 기반으로 하는 전신 기술의 새로운 기술을 바라보며 전화를 통해 도움을 요청하는 외침을 지속적으로 보낸 John George Phillips의 정신을 볼 수도 있습니다. John은 너무 빨리 "morsed"했기 때문에 "Jack" 또는 "Sparks" Phillips라고 불렸습니다! 그의 노력으로 인해 대서양의 서리가 내린 바다에서 죽을 뻔한 많은 사람들이 구조되었습니다.

1998년 미국 라디오 협회 회장이 미국 하원 고용주-직원 관계 소위원회에 제출한 성명서에서:

“John Phillips가 S/S Titanic에서 모스 부호로 SOS를 보낸 때부터 Radio Operators는 전 세계 선원에게 필요한 안전 통신망을 제공했습니다. 1912년 타이타닉호의 침몰로 인해 선상 무선 교환원/무선 장교의 중요성이 앞으로 수십 년 동안 잊혀지지 않을 정도로 분명해졌습니다. 헌신적이고 용감한 최고 무선 교환원 John G. Philips는 타이타닉이 침몰했을 때 무선 라디오에서 자신의 직위를 포기하는 것을 거부했습니다. 그의 영웅적인 행동으로 인해 그날 밤 북대서양의 얼음 바다에서 700명이 넘는 생명을 구했습니다.
타이타닉 이후 무선 전신 송수신 기술이 크게 발전했지만 선박의 무선 통신원의 역할은 변함없이 유지되어 선박 대 선박 무선 통신 네트워크를 유지, 수리 및 사용하여 긴급 상황에 신속하게 대응합니다. 바다에서. 모스 부호로 전송된 "SOS"는 이 안전 네트워크와 선상 무선 통신 사업자 때문에 바다에서 발이 묶인 수만 명의 승무원과 승객의 생명을 말 그대로 구했습니다. 바다에서 사고가 났을 때, 무선전신사는 항상 선원과 승객의 생존을 위한 최고의 기회로 알려졌습니다.
그 결과 1919년 선박법에서 전담 통신 전문가의 필요성이 인식되어 원양을 항해하는 여객선은 무선을 모니터링하고 작동하기 위해 숙련된 무선 인력을 태울 것을 요구했습니다. 타이타닉 재해 이후에 체결된 국제 조약은 화물선에 탑승한 무선 통신 사업자의 역할을 생성하고 궁극적으로 FCC(연방 통신 위원회)가 되는 미국 기관을 설립하여 전파를 모니터링하고 무선 통신 사업자를 허가했습니다.”

단순 회로 란 무엇입니까?

간단한 회로

간단한 회로는 기능하는 전기 회로를 완성하는 데 필요한 세 가지 최소 요소로 구성됩니다. 전기 소스(배터리), 전기가 흐르는 경로 또는 도체(와이어) 및 전기 저항(램프)이 필요한 모든 장치입니다. 작동하는 전기. 아래 그림은 배터리 XNUMX개, 전선 XNUMX개, 스위치 및 전구를 포함하는 간단한 회로를 보여줍니다. 전기의 흐름은 배터리의 고전위(+) 단자에서 전구를 통해(점등), 다시 음극(-) 단자로, 스위치가 켜짐 위치에 있을 때 전류가 계속 흐르므로 전류가 흐를 수 있습니다. 흐름.

간단한 회로의 개략도

다음은 배터리, 스위치 및 전구에 대한 전자 기호를 보여주는 간단한 회로의 개략도입니다.

와이어를 분리하여 스위치 시뮬레이션
전선 중 하나를 분리하고 교대로 터치하고 전구의 금속 케이스에서 제거하면 조잡한 스위치를 만들 수 있습니다. 전선이 더 이상 닿지 않을 때 표시등이 꺼지는 이유는 무엇입니까? 와이어가 제거되면 전자는 회로를 완성하기 위해 공기를 통해 흘러야 합니다. 공기를 통해 전자를 흐르게 하려면 공기에 있는 거의 모든 전자가 원자에 단단히 결합되어 있기 때문에 사용 가능한 것보다 훨씬 더 많은 에너지가 필요합니다. 절연체로 알려진 다른 모든 재료도 마찬가지입니다. 와이어를 분리했다가 다시 연결하여 만든 임시 스위치는 제조된 스위치가 더 안정적이라는 점을 제외하고는 제조된 스위치와 정확히 동일한 기능을 합니다. 레버를 움직이거나, 버튼을 누르거나, 손잡이를 돌리거나, 버튼을 밀 때 전선을 분리했다가 다시 연결하기만 하면 됩니다.

어휘

제약: 재료, 시간, 팀 규모 등의 제한
기준: 전체 크기 등 디자인이 충족해야 하는 조건
엔지니어: 세계의 발명가이자 문제 해결사. XNUMX개의 주요 전문 분야가 엔지니어링에서 인정됩니다(인포그래픽 참조).
엔지니어링 설계 프로세스: 프로세스 엔지니어가 문제를 해결하는 데 사용합니다.
EHM(Engineering Habits of Mind): 엔지니어가 생각하는 XNUMX가지 고유한 방식.
반복: 테스트 및 재설계는 한 번의 반복입니다. 반복합니다(여러 번 반복).
모스 부호 체계: 문자와 숫자를 나타내기 위해 길고 짧은 소리 또는 점과 대시를 사용하여 메시지를 보내는 체계.
프로토타입: 테스트할 솔루션의 작업 모델.
Samuel FB Morse: 모스 부호 체계의 발명가.
단순 회로: 기능하는 전기 회로를 완성하는 데 필요한 세 가지 최소 요소로 구성됩니다. 전기 공급원(배터리), 전기가 흐르는 경로 또는 전도체(와이어) 및 필요한 모든 장치인 전기 저항기(램프) 작동하는 전기.
SMS(단문 메시지 서비스)/문자 메시지: 휴대폰 간에 문자를 보내거나 컴퓨터 또는 기타 휴대용 장치에서 휴대폰으로 문자를 보냅니다.
전신: 전자적 수단으로 메시지를 보낼 수 있는 시스템. 메시지를 코드에 넣고 전선을 따라 보냅니다.

심화를 파

인터넷 연결

추천 도서

아마추어 무선 통신용 모스 부호(ISBN: 978-1625950024)

쓰기 활동
위성 라디오 작동 방식의 엔지니어링을 탐구하는 에세이 또는 단락을 작성하십시오. 이 새로운 기술을 생성하기 위해 어떤 선행 발명이 필요했습니까? 차고나 터널에 있을 때 위성 라디오가 장착된 자동차가 신호를 잃는 이유는 무엇입니까?

커리큘럼 조정

커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정

참고 : 이 시리즈의 수업 계획은 다음 표준 세트 중 하나 이상에 맞춰져 있습니다.

미국 과학 교육 표준(http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
미국 차세대 과학 표준(http://www.nextgenscience.org/)
국제 기술 교육 협회의 기술 문해력 기준(http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
미국 수학 교사 협의회의 학교 수학 원칙 및 표준(http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
수학에 대한 미국 공통 핵심 주 표준(http://www.corestandards.org/Math)
컴퓨터 과학 교사 협회 K-12 컴퓨터 과학 표준(http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

국가 과학 교육 기준 K-4학년(4-9세)

내용 표준 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

빛, 열, 전기 및 자기

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

사회의 과학 기술

내용 표준 G: 과학의 역사와 본질

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

과학의 역사

국가 과학 교육 기준 5-8학년(10-14세)

내용 표준 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

에너지 전달

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술

5-8학년 활동의 결과로 모든 학생들은

기술 설계 능력
과학 기술에 대한 이해

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

사회의 과학 기술

내용 표준 G: 과학의 역사와 본질

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

과학의 역사

국가 과학 교육 기준 9-12학년(14-18세)

내용 표준 B: 물리학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

에너지와 물질의 상호작용

콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술

활동의 결과로 모든 학생들은

기술 설계 능력
과학 기술에 대한 이해

국가 과학 교육 기준 9-12학년(14-18세)

내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학

활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.

지역, 국가 및 글로벌 과제의 과학 및 기술
역사적 관점

차세대 과학 표준 – 3-5학년(8-11세)

에너지 산업

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

4-PS3-4. 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 변환하는 장치를 설계, 테스트 및 개선하기 위해 과학적 아이디어를 적용합니다.

정보 전송 기술에서의 파동과 그 응용

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

4-PS4-3. 패턴을 사용하여 정보를 전송하는 여러 솔루션을 생성하고 비교합니다.

공학 설계

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

3-5-ETS1-1. 재료, 시간 또는 비용에 대한 제한과 성공에 대한 특정 기준을 포함하는 필요 또는 욕구를 반영하는 단순한 설계 문제를 정의합니다.
3-5-ETS1-2.각각이 문제의 기준 및 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지에 따라 문제에 대한 여러 가능한 솔루션을 생성하고 비교합니다.
3-5-ETS1-3.개선할 수 있는 모델 또는 프로토타입의 측면을 식별하기 위해 변수를 제어하고 실패 지점을 고려하는 공정한 테스트를 계획하고 수행합니다.

차세대 과학 표준 – 6-8학년(11-14세)

공학 설계

이해를 보여주는 학생은 다음을 할 수 있습니다.

MS-ETS1-2 시스템 프로세스를 사용하여 경쟁 설계 솔루션을 평가하여 문제의 기준 및 제약 조건을 얼마나 잘 충족하는지 확인합니다.

기술 문해력 표준 – 모든 연령대

기술의 본질

표준 1: 학생들은 기술의 특성과 범위에 대한 이해를 발전시킵니다.
표준 3: 학생들은 기술 간의 관계 및 기술과 다른 연구 분야 간의 연결에 대한 이해를 개발합니다.

기술 문해력 표준 – 모든 연령대

기술과 사회

표준 4: 학생들은 기술의 문화적, 사회적, 경제적, 정치적 효과에 대한 이해를 발전시킵니다.
표준 6: 학생들은 기술 개발 및 사용에서 사회의 역할에 대한 이해를 개발합니다.
표준 7: 학생들은 역사에 대한 기술의 영향에 대한 이해를 발전시킬 것입니다.

기술 세계를 위한 능력

표준 13: 학생들은 제품 및 시스템의 영향을 평가하는 능력을 개발합니다.

디자인된 세계

표준 17: 학생들은 정보 및 통신 기술을 이해하고 선택하고 사용할 수 있습니다.

학생용 워크 시트

국제 모스를 보여주는 간단한 스위치

당신은 알고 계십니까?

국제 모스 부호의 "Electric Messages: then and now"는 다음과 같습니다.

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나만의 건물을 만드세요!

단계 :

종이에 배터리와 전구를 포함하는 작동 회로를 설계하십시오.
배터리, 전선 및 전구를 사용하여 작동하는 회로 설계를 구축합니다.
그런 다음 스위치가 전구를 켜고 끄는 방식으로 스위치를 추가합니다.

2 단계 :

다른 학생 그룹에 보낼 "비밀" 메시지를 고안합니다.
다른 팀이 당신의 메시지를 이해할 것이라고 확신할 때까지 국제 모스 부호를 사용하여 메시지 "보내기"를 연습하십시오. (힌트: 스위치를 짧게 누르면 점(-)이 표시되고 길게 누르면 dask()가 표시됩니다.
http://www.privateline.com/Cellbasics/Cellbasics.html

옵션 아이디어 XNUMX:

메시지를 보낼 수 있는 고유한 코드를 고안하십시오. 이것은 당신이 생각할 수 있는 무엇이든 빛, 소리로 할 수 있습니다!

선택적인 아이디어 XNUMX:

세 번째 학생 그룹이 위의 XNUMX단계에서 전송되는 메시지를 가로채도록 시도합니다.

질문 :