摘要：
增强现实（AR）通过动态地将数字材料与现实世界环境重叠，为增强环境背景意识和增强学生在现实环境中的体验提供了潜在优势。然而，已经描述了AR学习环境面临的一些挑战，例如参与者的认知超负荷以及帮助构建所展示的学习材料的方式。在这项研究中，基于存储库网格方法和多媒体学习的毗聚原则，开发了一个基于思维工具的AR学习系统，以协助学生在自然科学课程中构建他们的知识。此外，在小学自然科学课程上进行了一项实验，以比较这种方法与传统AR学习系统对学生学习效果的影响。实验结果表明，指定方法有效地促进了学生的学习成绩，基于思维工具的AR学习系统和传统的AR学习系统在学生的认知负荷和满意度方面没有显著差异；此外，实验组和对照组在学习活动中都认为认知负荷低，并将自己的AR学习系统评为高度满意。
研究问题：
（1）与传统的AR学习方法相比，基于思维工具的AR学习方法是否能有利于学生的学习成绩？
（2）与传统的AR学习方法相比，基于思维工具的AR学习方法是否能降低学生的认知负荷？
（3）使用基于思维工具的AR学习方法学习的学生是否比使用传统AR方法学习的学生表现出更高程度的学习满意度？
基于思维工具的AR学习系统的开发：
如图所示，所实现的基于思维工具的AR学习系统的结构由AR学习机制、个性化学习机制和多个数据库组成。
图2.蝴蝶标本观测库网格任务过程。
对蝴蝶标本进行观察的储备网格任务的学习过程，包括两阶段的学习任务，如图2所示。在第一阶段中，个体学生需要登录到学习系统中，并启动学习任务。当个体学生扫描蝴蝶标本时，样本通过多媒体控制模块和学习材料提供模块与学习材料实时动态重叠。
实验步骤 ：
将基于思维工具的设计整合到AR中对学生学习的影响。实验过程如图5所示。首先，所有参与者都经历了关于昆虫基本概念的三段（120分钟）的课程；然后，进行预测试，以评估他们在实验开始前是否对昆虫有相似的先验知识。
实验结果：
本研究的目的之一是探讨基于正念工具的AR学习方法对学生学习成绩的影响。通过排除两组先验知识的干扰，采用单向ANCOVA方法评价学生的学习成绩。以测试前分数作为协变量，并采用AR学习方法作为自变量，以测试后分数作为因变量。
| 分组 | 数量 | 平均数 | 标准偏差 | 调整后平均数 | SE | F |
η 2
|
| 实验组 | 24 | 68.035 | 9.299 | 69.002 | 0.56 | 15.84 | 0.766 |
| 对照组 | 26 | 59.77 | 7.739 | 58.56 | 0.177 |
对该系统的满意度：
采用系统满意度问卷来评估参与者对他们所使用的学习系统的感知。采用t检验对两种不同的AR学习方法的满意度进行调查。
图2对两组患者的认知负荷水平的t检验结果
| 变量 | 分组 | 数量 | 平均数 | 标准偏差 | t |
| 精神负担 | 实验组 | 24 |
2.433 | 0.755 | 1.796 |
| 对照组 | 26 | 2.032 | 0.748 | ||
| 脑力 | 实验组 | 24 | 2.73 | 0.714 | 1.933 |
| 对照组 | 26 | 2.36 | 0.665 |
表3.两组患者满意度的t检验结果
| 分组 | 数量 | 平均数 | 标准偏差 | t |
| 实验组 | 24 | 4.39 | 0.756 | -0.64 |
| 控制组 | 26 | 4.525 | 0.682 |
面试结果：
从访谈结果中发现，学生普遍从“促进学习动机”、“关注目标对象”和“提高学习成绩”三个角度来感知基于ar的学习活动。
讨论和结论：
在本研究中，我们开发了一个基于思维工具的AR学习系统，以帮助学生在自然科学课程中构建他们的知识。实验结果表明，实施的方法可以有效提高学生的学习成绩；此外，实验组和对照组在学习活动中都感知到较低的认知负荷，并对自己的AR学习系统的评价非常满意。