大腦是思維的承擔(dān)者(地球上也有其它動(dòng)物會(huì)簡單的思維，例如前面提到的所謂“心理定勢”或“經(jīng)驗(yàn)定勢”這類思維活動(dòng)，飛禽走獸也會(huì)擁有，這里暫不討論。另外，有研究表明，人體中的心臟也且有類似天腦思維的某些功能，但這需要進(jìn)一步確證，要通過探索實(shí)驗(yàn)來贏得科學(xué)生識)。
1.能耗高
大腦由細(xì)胞構(gòu)成，與人體其他器官的構(gòu)成細(xì)胞不同，腦細(xì)胞能量消耗水平十分高，大腦平均約有1.4公斤重，約占人體重量的2%，但能量消耗卻占了人體總量20%。例如，耗用循環(huán)血液的五分之一,可利用氧氣的五分之一。顯然，人腦的能量消耗按重量比，遠(yuǎn)高于人體的其他器官。這提醒數(shù)學(xué)教師，當(dāng)學(xué)生餓著肚子聽課的時(shí)候，受影響的首先是大腦，也解釋了上午的最后一節(jié)果，學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)及愿望為什么不佳，學(xué)生直接感受的是肚子咕咕叫，他們不知道自己的思維水平因營養(yǎng)供應(yīng)不及時(shí)而下降了。
人體有23000個(gè)基因，并不比青蛙或蛔中的基因多，但人體70%的基因表達(dá)于大腦，顯然，大腦不僅高消費(fèi)人體的能量，也是大多數(shù)基因資源的擁有者。人之有今天的光輝，應(yīng)歸因于大腦的進(jìn)化，這種進(jìn)化使得人的主動(dòng)性戰(zhàn)勝了被動(dòng)性，而其他動(dòng)物則未能在進(jìn)化中改變這個(gè)局面。人類為取得進(jìn)化優(yōu)勢而讓大腦占用更多的基因資源，其他動(dòng)物則沒有，人的進(jìn)化實(shí)際上就是大腦的進(jìn)化，最新的證據(jù)是：由神經(jīng)生理學(xué)家維姆·萬杜夫爾和一個(gè)美國研究小組研究(2013年2月22日報(bào)道)表明：我們的祖先大約在2500萬年前逐步與恒河猴的祖先分離后，進(jìn)化賦于了人類獨(dú)特的大腦結(jié)構(gòu)，即人類的大腦皮層的后部和前部的高處具有從解剖學(xué)上看，猴子所不具備的大腦結(jié)構(gòu)，這個(gè)區(qū)域很可能同人類特有的認(rèn)識能力相關(guān)，比如人特有的智力。
2.高精細(xì)
大腦為何如此特殊？僅從數(shù)據(jù)來看，大腦的復(fù)雜性就非同尋常。成年人大腦約有1000億個(gè)神經(jīng)元和10000億個(gè)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。神經(jīng)元是種類繁多的單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞，它的基本組成是體細(xì)胞、枝狀樹突(dendrite)和軸突(axon)。軸突發(fā)送神經(jīng)元的信號，樹突將信號傳入神經(jīng)元。當(dāng)一個(gè)軸突和一個(gè)樹突相連，形成的聯(lián)系叫突觸(svnanse)，也譯作“神經(jīng)鍵”，它是大自然最神奇的杰作；它可以快速產(chǎn)生和傳導(dǎo)電信號，而這是大腦的主要工作。
處于工作狀態(tài)的電腦中的元器件之間也是通過傳遞電信號來建立彼此間的協(xié)作關(guān)系的。神經(jīng)元就類同于電腦的元器件,神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞構(gòu)成類似布滿了插接元器件插孔的電路板，為神經(jīng)元提供優(yōu)良工作環(huán)境，支持神經(jīng)元工作，也直接參與對某些信號的處理。這個(gè)事實(shí)提醒我們，大腦這個(gè)高級物體的活動(dòng)說到底還是以物理和化學(xué)功能來支撐的，是物質(zhì)的活動(dòng)形式，不會(huì)超越物質(zhì)活動(dòng)的一般規(guī)律,是高精細(xì)的物理或化學(xué)過程。
3.超級網(wǎng)
據(jù)說5億年前寒武紀(jì)(地質(zhì)年代劃分)的蠕蟲的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞與今天的人沒有很大區(qū)別，只是數(shù)量多少的差別。有人據(jù)此認(rèn)為，這個(gè)古老的設(shè)計(jì)，使得人的大腦并不完全可信，而且運(yùn)轉(zhuǎn)很慢，信息容量也受到了限制。那么，神經(jīng)元之間是如何發(fā)生或協(xié)同關(guān)系的？是通過“突觸”這個(gè)“主角”來實(shí)現(xiàn)的！每個(gè)神經(jīng)元約有5000個(gè)突觸，從人的記憶描述到感情、到睡眠，都有它的參與，大腦的突觸數(shù)量為“神經(jīng)元數(shù)乘以突觸數(shù)”共500萬億個(gè)，5的后面跟14個(gè)0。大腦中有化學(xué)脈動(dòng)和電脈動(dòng)兩種類型的快速信號傳導(dǎo)方式，突觸是將電信號轉(zhuǎn)換為化學(xué)信號、再轉(zhuǎn)換回由信號的關(guān)鍵部件,相當(dāng)于人類尚無法仿制的細(xì)胞活動(dòng)“離合器”或“轉(zhuǎn)換開關(guān)”。想想吧，僅僅一個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞就擁有5000個(gè)這樣的“離合器”，每個(gè)神經(jīng)元都要與其他神經(jīng)元產(chǎn)生聯(lián)系、交往、交換信息、協(xié)作行動(dòng)，突觸聯(lián)系強(qiáng)度的變化足以改變原有的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其信息加工能力；而不同形式的學(xué)習(xí)可以以完全相反的方式改變兩個(gè)神經(jīng)元之間的突觸聯(lián)接。1000億個(gè)神經(jīng)元呀！這種交往或聯(lián)接形成了真正的“大數(shù)超級網(wǎng)”，就聯(lián)結(jié)和復(fù)雜性來說，“全球互聯(lián)網(wǎng)”與之相比連“零頭”都算不上，起碼對學(xué)生來說，體會(huì)“大數(shù)”算是有了“原材料”。
總之，大腦就是利用這些部件來實(shí)現(xiàn)人類思維的，每一個(gè)突觸功能極其有限，但500萬億個(gè)突觸相互關(guān)聯(lián)起來則效率驚人，人腦如同擁有500萬億個(gè)微處理器結(jié)點(diǎn)的電腦，神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)越多，人腦的功能越強(qiáng)。但不可能做到全聯(lián)結(jié)，想想電腦處于工作狀態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)熱的道理，信號傳輸會(huì)散發(fā)熱量、消耗能量，這決定了大腦中的神經(jīng)元不可能做到全聯(lián)結(jié)。備而不用或閑置未用的神經(jīng)元居絕大多數(shù)。
4.會(huì)學(xué)習(xí)
值得說明的是，人腦的大小在最近4萬年內(nèi)沒有改變，尼安德特人、晚期智人與現(xiàn)代人的腦容積相同，但能力差異卻如此巨大，應(yīng)該歸因于什么呢？值得研究。人腦容積大約是1400立方厘米，5歲時(shí)達(dá)到最大容和的90%左右，5歲以后，腦繼續(xù)以緩慢的速度生長，20歲左右達(dá)到穩(wěn)定從出生到20歲，腦的大小增大了300%。這個(gè)事實(shí)甚至引起了政府的注意，1997年一份來自美國白宮的關(guān)于早期腦發(fā)育會(huì)議的報(bào)告指出：“兒童在3歲時(shí)的腦活動(dòng)比成年人活躍2-5倍，并且10歲前一直是這樣……”這從生物或生理學(xué)上支持了兒童期，即嬰兒和幼兒期正處于最重要學(xué)習(xí)階段的判斷。
生物學(xué)或解剖學(xué)意義上的大腦概況，對我們來說是高深而又陌生的，是科學(xué)研究的尖端領(lǐng)域，也是“人工智能”努力的方向，其對于教育學(xué)或數(shù)學(xué)教育學(xué)的直接意義并不顯著。我們只須知道思維是一種生物現(xiàn)象,是最高級的生命活動(dòng)，思維的本錢就是人的大腦，即可。當(dāng)然，也不能排除當(dāng)前正在發(fā)展著的控制人腦的某些技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)突破性進(jìn)展，就如同美國電影《源代碼》中，科學(xué)家操縱一位僅腦部短時(shí)記憶區(qū)還能活動(dòng)的植物人成功制止了恐怖爆炸事件那樣，一些知識或信息有可能如同刻錄磁盤那樣直接刻錄到人腦中，用人工控制的方式實(shí)現(xiàn)人腦與人腦之間直接的信息溝通和交流，其至遙控人腦或用人腦產(chǎn)生的意念遙控某些其他設(shè)備，2013年2月13日《參考消息》報(bào)道，美國匹茲堡大學(xué)科學(xué)家在30歲的癱患者蒂姆·赫姆斯的大腦上部植入了一系列電極,成功地使他憑借意念就能夠在電腦屏幕上移動(dòng)三維圖，還首次利用意念控制機(jī)械手臂與朋友握手。兩年前曾有報(bào)道，我國科學(xué)家在這個(gè)領(lǐng)域也有重要進(jìn)展。
這些技術(shù)及其發(fā)展前景有可能使得已有的人類的各種學(xué)習(xí)方法或方式過時(shí)甚至毫無意義。但現(xiàn)實(shí)就是現(xiàn)實(shí)，我們還是要在現(xiàn)有的水平和環(huán)境下謀求教育或數(shù)學(xué)教育的高效發(fā)展。
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