The influence of academic emotion on level of attention and relaxation in augmented reality learning: are boys consistent with girls? ( La influencia de la emoción académica en el nivel de atención y relajación en el aprendizaje mediante la realidad aumentada )

Abstract

Spanish

Based on AR learning software, this study investigated whether students with positive academic emotion and negative academic emotion maintained consistent levels of attention and relaxation. In Study 1, 98 primary school students were selected and tested with the SUS scale after completing an AR learning module. In Study 2, 45 primary school students were selected to participate in a two-factor between-subjects experimental design. The results showed that (1) AR learning software has good usability, (2) there was a significant difference in gender — in the AR learning environment, girls’ degree of relaxation was greater than that of boys, (3) in AR learning, the degree of attention and relaxation among students in the negative academic emotion group was higher than among those in the positive academic emotion group, but the difference did not reach a level of significance, which partly reflects the interest-based positive compensation trend of negative academic emotion.

Academic emotion and learning

People’s daily lives and work are accompanied by a variety of emotions, which have an important impact on individuals, especially in educational situations, where emotions have a wider impact on students (Xu & Gong, 2009). Pekrun et al. (2002) clearly put forward the concept of academic emotion for the first time, that is, the general term of emotion related to academic learning, classroom teaching and academic achievement, and divided academic emotion into two dimensions, value and arousal, to determine the different types of academic emotion. Domestic scholars Yu and Dong (2005) gave a more specific definition, arguing that academic emotion refers to various emotional experiences generated in teaching or other learning activities, including happiness, anxiety, disappointment and anger. Efklides and Volet (2005) pointed out that academic emotion has three characteristics, diversity, situational and dynamic, and they will change with the change in learning content and learning situation during the learning process. In recent years, studies in psychology and neuroscience have demonstrated that emotions have an important impact on students’ motivation, memory and learning (Lewis & Haviland-Jones, 2010; Putwain et al., 2013).

In many studies, emotions are usually divided according to value, that is, positive emotion and negative emotion. Ainley et al. (2005) found that positive academic emotion can keep students interested in reading for a longer time, which is conducive to promoting students’ self-regulated learning (Pekrun et al., 2002) and improving academic performance (Sun & Chen, 2010; S. Y. Zhao et al., 2012). The role of negative academic emotion is more contradictory. Some studies have shown that negative academic emotion can reduce students’ learning motivation and effort level (Dong & Yu, 2010; Pekrun, 2017). However, some studies have found that negative emotion can help improve students’ academic performance (Artino & Jones, 2012; Turner & Schallert, 2001). In addition, emotions can also affect students’ allocation of attention resources and then affect students’ cognitive processing processes (Ashby et al., 1999; Luo et al., 2006; Meinhardt & Pekrun, 2003; Peng et al., 2013). It can be seen that academic emotion is embedded in all aspects of the teaching and learning process and is indispensable in the growth and development of students (Pekrun, 2006). Therefore, understanding the role of emotions in educational contexts is crucial (Schutz & Lanehart, 2002).

The positive role of augmented reality in learning

Situational learning theory holds that effective learning needs to be carried out in a specific environment (Jin & Wu, 2020). AR technology can create a virtual and real interactive learning environment for children, which is conducive to enhancing the interest and practicability of learning content. Augmented reality technology is an emerging technology developed on the basis of virtual reality (Zhao et al., 2014). It has the characteristics of a combination of virtual and real, real-time interaction and three-dimensional registration (Jiang, 2012). Superimposing objects or items in a virtual environment into real life expands the user’s experience of interacting with reality (Azuma, 1997; Caudell & Mizell, 1992). Augmented reality learning software uses AR technology to derive a new teaching method different from traditional teaching. It uses three-dimensional imaging that combines sound and vision to replace boring words and stiff pictures in textbooks, making the teaching content and textbook knowledge more realistic and immersive (Yu et al., 2017). As an emerging educational technology, AR technology has become one of the research hotspots in the field of education. The research conclusion on whether it can improve students’ learning effect is still controversial (Ni & Hu, 2019). Most studies have proven that it is very beneficial to use augmented reality technology as a teaching aid (Albrecht et al., 2013; Chang & Hwang, 2018; Ekrem & Recep, 2016). In view of this, this study set up Experiment 1 to further explore the effectiveness of AR technology, and put forward Hypothesis 1: AR learning software has good usability.

The relationship between augmented reality learning and learning effect and gender differences

Compared with virtual reality, augmented reality is closer to the real world, so the application of AR technology can build a good learning environment for students, help students learn actively and improve the teaching process (Li & Li, 2013). Dalgarno (2004) found that the interaction between students and learning content can promote students’ cognitive processing and improve their understanding ability, memory level and imagination. With the deepening of research, Chiang et al. (2014) pointed out that augmented reality technology can improve students’ attention and learning motivation, stimulate students’ enthusiasm for participation and then improve the learning effect (Garzón et al., 2020). The research on AR learning found that students think that AR application is more useful, realistic and interesting for learning, and helps to analyse problem scenarios. Research has shown that augmented reality technology is a potentially effective tool for stimulating students’ positive emotions during learning (Fidan & Tuncel, 2019). Further research found that AR has more advantages than text in terms of learning attention (Zhao et al., 2022). Based on this, in Experiment 2, this study will deeply explore the impact of academic emotion on students’ attention in the AR learning environment and propose Hypothesis 2: under the AR learning environment, there are significant differences between positive academic emotion and negative academic emotion in students’ concentration and relaxation. Gender differences in online classroom learning have been widely studied (Anderson & Haddad, 2005; Price, 2010; Wolfe, 2000), and the latest research shows that boys and girls have differences in information technology and internet usage (Tan et al., 2022). For example, there are imbalances in equipment preference, technical satisfaction and use effectiveness (Dirin et al., 2019; Šmit et al., 2021). Ibili and Billinghurst (2019) believe that when individuals use AR technology, gender differences have an important impact on their subjective usability and cognitive load, and a large number of studies show that girls are stronger than boys in terms of perception in online classrooms (Buchmann & DiPrete, 2006; Fogarty & Goldwater, 2010; Volchok, 2018). It can be seen that gender differences may affect the utility of AR learning software, so this study will explore the difference in attention between boys and girls in the AR learning environment in Experiment 2 and propose Hypothesis 3: in the AR learning environment, girls’ attentiveness is stronger than that of boys.

The current study

This paper has the following research significance. First, academic emotion plays an important role in the growth and development of primary school students. Through the review of previous literature, it is found that most theoretical or intervention studies related to academic emotion are limited to traditional teaching (Liu et al., 2017), and few scholars have included emerging teaching technologies in the research scope of academic emotion. Therefore, this study will explore the impact of learning emotions on children’s learning based on augmented reality to make up for the shortcomings of previous research and enrich the theoretical research of academic emotion. Second, there are relatively few studies on the combination of augmented reality technology and English subject teaching, the related studies are not in-depth and systematic, and the research objects are mainly middle school students. On this basis, this research will go deep into the research field of English teaching for primary school students, combine the characteristics of AR technology to create a novel English classroom learning environment for students, broaden the paths and methods of English teaching in primary schools and enrich theoretical research on English teaching with technical support. Third, lower-grade pupils mainly think in concrete images, and their attention occupies the dominant position in learning (X. M. Zhang, 2016), so the interest of learning content is one of the main factors determining their learning effect. Fortunately, the application of AR technology in the teaching process can realize the concretization of abstract content, which has certain practical significance in stimulating students’ learning interest, improving students’ attention and promoting students’ efficient learning, and helps to cultivate students’ core literacy.

In summary, based on augmented reality technology, this study will investigate the availability of augmented reality systems to promote students’ learning effects through two experimental studies and further explore the impact of academic emotion and gender differences on primary school students’ attention psychology to reveal the utility of information technology in the process of teaching and learning and provide a theoretical basis and empirical support for improving pupils’ learning effects.

Study 1: usability of augmented reality (AR) learning systems

Methods

Participants

The participants for this study were grade 2 and grade 3 students from Hebei Province, China. One student’s answer paper was deleted. There were 48 students in grade 2 and 50 students in grade 3. The students ranged in age from seven to nine years old.

Instruments and tools

AR learning software

Xiao Bao Zoo is an educational software product for children based on AR technology and was developed by Zhi he Qing yang Technology Co., Ltd. (China); this product supports the IOS system and the Android system. Using advanced augmented reality (AR) technology, Xiao Bao Zoo blends virtual animation with real space and offers 64 learning cards, each with the name and a textual description of an animal on one side and a corresponding picture of the animal on the other. When children are learning, they can use the app that is paired with the product to scan the learning card, and then they can see the lifelike three-dimensional animal hologram. The appearance of three-dimensional animal images is accompanied by the sound made by each animal, which creates an immersive feeling for the children. At the same time, the children can swipe the screen 360 degrees with their fingers to rotate the images of the animals on the screen at will for more detailed learning. After each card is scanned, there is also a detailed explanation of the animal’s name in Chinese and its pronunciation in four languages, Chinese, English, Russian and Korean. Children can choose from the above content to learn according to their own needs. The Android phones used in our study had the software installed. The learning content of this study is Chinese and English.

Word difficulty assessment table

According to the textbooks used by students for grades 2 and 3, we chose 15 words for inclusion in our study. Of these 15 words, we eventually included only 10 in our study.

System Usability Scale (SUS)

The System Usability Scale (SUS), developed by Brooke (1996), is a questionnaire for usability testing; it is widely used to evaluate the usability of products (Brooke, 1996). The SUS has a total of 10 questions. Using Likert’s five-point scale, odd-numbered items are scored forward and even-numbered items are scored backwards. The higher the score, the better the usability of the product. In this study, the Cronbach’s α coefficient of the scale was .80. Sauro (2015) established a database based on SUS scale data submitted by approximately 5,000 users. Based on a comparison with the total data, the usability of a particular software product can be calculated. In the study of Bangor et al. (2009), the rating of SUS’s overall score was shown in pictures, by means of which the most intuitive relationship among score, rating and software evaluation could be visualized. The SUS scale score reflects the overall usability of a software product, including ease of use and usability. Before using the scale for testing in this study, the content of each item on the scale combined with the dimension description was explained in detail. The main meaning of the items does not change. Given the rigour of the study, our instructions were consistent for each subject. However, adjustments have been made in the following two aspects. First, the contents of the items were expressed in a more popular way for pupils. Second, taking into account the characteristics of pupils’ image thinking, the items were explained by examples. During the test, each item is explained again before being checked. Pupils can raise their hands at any time when they have questions in the process of answering the scale, and the examiners will answer the questions.

Experimental procedures

First, the experimenter demonstrated how to use the AR learning software, introducing the steps to the students in detail. All the pictures used in the demonstration were from this software. Then, the students were allowed to operate the augmented reality learning software by themselves. The researchers were on hand to help students who could not run the software or who had any questions. Finally, after the lesson was completed, the primary school students needed to complete the SUS scale and assess the difficulty of the selected words according to their level of English study.

Data analysis

In this study, SPSS 23.0 was used for statistical analysis of the data.

Results

Word difficulty assessment and analysis

The average of the overall difficulty of the 15 words was 1.772, and the five words that were farthest from the average evaluation score (large standard deviation) were removed, leaving 10 words as the experimental words.

Software usability analysis

Based on the relevant research of Sauro and Lewis (2014), the rating of Usability evaluation is divided into A+, A, A−, B+, B, B−, C+, C, C−, D and F. The total score of the SUS scale in this study was 71.35 (Table 1), and the percentile level was approximately 61. The scores of learning ability and usability of the subscale are 69.13 and 71.91, respectively, which means that the software was better than approximately 61% of the products available in terms of usability and overall evaluation.

Table 1.

Usability evaluation of SUS score.

	Scores	Rate	Percentile rank
SUS	71.35	C+	60 ∼ 64
learn ability	69.13	C	41 ∼ 59
usability	71.91	C+	60 ∼ 64

Discussion

The selected words belonged to the learning content of primary school students’ English classes so that a certain degree of comparison with traditional English textbooks could be made. It is clear that the primary school must offer English courses from grade three and above, so grade three was probably the most elementary stage for students’ first exposure to learning English. Before that, some students even had no contact with English. Therefore, if the experimental words had not been selected from the English teaching materials used by primary school students, the experimental results may have failed to explain the hypothesis that AR educational software can improve learning among primary school students. After the experimental words are determined, the primary school students need to learn them by using AR software, which adopts advanced augmented reality technology (AR) and integrates virtual animation with real space. Such a learning method can not only improve children’s interactive ability but also improve their interest in learning and stimulate their motivation to learn (Liu, 2019), thus achieving the desired effect of augmented reality learning. The usability of the software was analysed, and it was found to be higher than 61% of all the available software, which proved the effectiveness of this AR learning software in promoting the learning process among primary school students. The usability rating also provided a guarantee for the smooth conduct of subsequent experiments and verified Hypothesis 1.

Study 2: attention and relaxation levels under different academic emotions

Methods

Participants

The participants of this study were grade 2 and grade 3 primary school students from Hebei Province, China. The students (615 students, including 317 boys and 277 girls) completed the academic emotion questionnaire (Wang, 2009). The total score of academic positive emotion and the total score of academic negative emotion were calculated. Participants in the top 27% of academic positive emotion scores (delete subjects whose answers did not meet the requirements, total 146 people) and participants in the top 27% of academic negative emotion scores were included as preselected objects of emotional grouping (delete subjects whose answers did not meet the requirements, total 154 people). This study will have only the positive emotions groups or negative emotions of students as the object of the experiment (234 people, including the positive emotions group of 113 people and the negative emotional group of 121 people). Participants who were in the top 27% of positive academic emotion and those who were in the top 27% of negative academic emotion were selected. Sixty-two students were used as experimental participants. Six people unfinished experiments, and the data of 11 students had missing values or did not conform to the requirements. The final number of effective participants in this experiment was 45 (see Table 2).

Table 2.

Basic information of the participants.

	Grade2		Grade3		Total
	Boy	Girl	Boy	Girl	Total
Positive academic emotion	9	3	3	5	20
Negative academic emotion	11	8	2	4	25
Total	20	11	5	9	45

Instruments and tools

BrainLink system based on brain-computer interface technology

The BrainLink headband/brainwave product is a wearable device developed by Shenzhen Hongzhiqi Technology Co., LTD. Its operation does not require conductive paste or other materials required for traditional EEG. BrainLink uses advanced brain-computer interface technology and is the first product in China to pass Apple’s MFi certification. The device uses ThinkGear as its core processor and Bluetooth 3.0. It connects to the corresponding software on a mobile device to collect multiple brain waves and filter out noise generated by breathing, heartbeats and muscle. The device was connected to the Recorder app to measure students’ attention and relaxation. Attention refers to the degree of attention and interest a subject has in the current task, while relaxation refers to the subject’s degree of relaxation; both attention and relaxation range from 0 to 100 (Huang, 2018). 0–20 indicates very low levels of attention/relaxation, 20–40 below normal, 40–60 normal, 60–80 above normal and 80–100 very high.

iPod Touch 4

The IOS iPod Touch 4 device was loaded with the Recorder app, had an 8 GB storage capacity, a 3.5-inch screen size and a 960 × 640 screen resolution, and supported Wifi, Bluetooth and other functions.

AR learning software (including identification cards and the English lesson example) and Android mobile phone

The material in this section is consistent with the experimental material in section ‘AR learning software’.

Experimental design

In this experiment, a 2 (gender: male, female) x 2 (academic emotion: positive, negative) two-factor between-subjects experimental design was adopted, in which the dependent variable was the degree of attention and relaxation and the dependent variable indices were the value of attention and the value of relaxation.

Experimental procedures

The whole learning process was carried out on a mobile phone. Before the experiment, BrainLink needed to be worn on the participants’ forehead and needed to be in contact with the metal sheet to collect brain electrical activity, and the left electrode was clamped on the participants’ earlobe. Then, BrainLink was turned on and paired via Bluetooth to a mobile phone. The participants were then asked to scan the lesson material through the phone, which then produced a three-dimensional animation of an animal. When the participants entered the AR learning interface, the participants’ signals were photographed and recorded. The degree of attention was indexed, and the value was loaded by the mobile phone app, which recorded attention values and relaxation values.

Data analysis

In this study, SPSS 23.0 was used for statistical analysis of the data.

Results

Analysis of pupil attention value in AR learning

The descriptive statistics of the data are shown in Table 3. The attention score of males (N = 25) was 57.105 and that of females (N = 20) was 62.575. In the positive academic emotion group, the attention score of males (N = 12) was 56.104 and that of females (N = 8) was 62.180. In the negative academic emotion group, males (N = 13) had an attention score of 58.029, and females (N = 12) had an attention score of 62.839. The attention score of the positive academic emotion group (N = 20) was 58.534 and that of the negative academic emotion group (N = 25) was 60.338. The attention scores of the negative academic emotion group were higher than those of the positive academic emotion group, indicating that the students in the negative academic emotion group paid more attention when using the software than the students in the positive academic emotion group.

Table 3.

Descriptive statistics of attention.

Emotion	Gender	M	SD	N
Positive academic emotion	Boy	56.104	10.542	12
	Girl	62.180	16.245	8
	Total	58.534	13.073	20
Negative academic emotion	Boy	58.029	9.137	13
	Girl	62.839	12.740	12
	Total	60.338	11.052	25
Total	Boy	57.105	9.677	25
Total	Girl	62.575	13.831	20
	Total	59.536	11.884	45

The results of the study found that the main effects of academic emotion (F(1, 41) = 0.127, p = .724) and gender (F(1, 41) = 2.250, p = .141) were not significant, and the interaction between academic emotion and gender (F(1, 41) = 0.030, p = .862) was not significant.

Analysis of pupil relaxation value in AR learning

The descriptive statistics of the data are shown in Table 4. The relaxation scores of males (N = 25) and females (N = 20) were 53.880 and 60.241, respectively. In the group with positive academic emotion, the relaxation scores of males (N = 12) and females (N = 8) were 50.604 and 59.125, respectively. In the negative academic emotion group, males (N = 13) scored 56.904 and females (N = 12) scored 60.984. The relaxation score of the positive academic emotion group (N = 20) was 54.013 and that of the negative academic emotion group (N = 25) was 58.863. The negative academic emotion group had higher relaxation scores than the positive academic emotion group, indicating that the students in the negative academic emotion group paid more attention when using the learning style than the students in the positive academic emotion group.

Table 4.

Descriptive statistics of relaxation.

Emotion	Gender	M	SD	N
Positive academic emotion	Boy	50.604	9.737	12
	Girl	59.125	9.000	8
	Total	54.013	10.153	20
Negative academic emotion	Boy	56.904	9.541	13
	Girl	60.984	9.577	12
	Total	58.863	9.586	25
Total	Boy	53.880	9.965	25
Total	Girl	60.241	9.155	20
	Total	56.707	10.028	45

The results of the study found that the main effect of academic emotion (F(1, 41) = 1.995, p = .165) was not significant, and the interaction between academic emotion and gender (F(1, 41) = 0.591, p = .446) was not significant; however, the main effect of gender (F(1, 41) = 4.759, p = .035) was significant. That is, girls were significantly more relaxed than boys.

Discussion

The attention value and relaxation value could be captured through the BrainLink system based on brain-computer interface technology. In this study, the attention values and relaxation values of the primary school students were recorded 20 times, and the values from eight times before and eight times after were deleted from the calculation to ensure the effectiveness of the experiment and the accuracy of the data. It has been found in some studies that the attention duration of lower-grade children is generally only approximately 20 minutes (L. C. Zhang, 1996). These special physical and mental developmental characteristics of children determine that they cannot maintain a high degree of attention for an extended duration. In the experimental process, we calculated the average values from multiple records. We did this to avoid the phenomenon of both the high and low attention phases of primary school students during a certain period and thus to obtain more accurate experimental results.

Gender differences in attention and relaxation

Through data analysis, it was found that there was no significant gender difference in the degree of attention among the primary school students. However, the degree of relaxation among the primary school students differed significantly by gender; the degree of relaxation among girls was significantly higher than that among boys. Xing and Gu (2001) found that when choosing toys, men were more likely to be affected by gender concepts, and while the trend of male students’ psychological development featured more abstract thinking, the AR study focused on visualization. The AR software used 3D models to enhance students’ capacity for visual perception in a real situation, which conforms to the developmental characteristics of lower-grade elementary school girls. Therefore, girls show stronger performance than boys on the attention index of AR learning, which is consistent with Hypothesis 3 of this paper.

Differences in academic emotion on attention

The study found that in terms of academic emotion, there was no significant difference in the degrees of attention or relaxation among primary school students, which did not verify Hypothesis 2. This may be due to the small sample size selected in our study or due to the incomplete arousal of positive and negative academic emotion, leading to no difference in experimental results. The scores of students in both the positive and the negative academic emotion groups were higher than normal (0–40 points), indicating that using AR learning software to learn English words is beneficial in improving students’ attention and learning efficiency and that it can also alleviate the negative impact of academic emotion on students. This is consistent with previous studies (Roda & Thomas, 2006).

General discussion

Usability of AR learning software

In Study 1, the AR learning software’s rating on the SUS scale was 60, which proved the usability of AR learning software for primary school students to a certain extent, which is consistent with Hypothesis 1 proposed in this paper. In Study 2, the degrees of attention and relaxation of the students in both the positive and negative academic emotion groups were higher than usual when using AR learning software, which once again verifies the good usability of AR learning software. However, according to the SUS rating chart drawn by Bangor et al. (2009), only when the overall SUS rating is above C can the software have good usability and acceptability. It was found that the overall SUS rating of the software used in this study is just C, indicating that although the usability and acceptability of the augmented reality learning system reached the standard, its usability and acceptability still need to be improved. Therefore, follow-up research should still focus on the usability and generalization of AR learning systems.

Gender differences in AR learning

Gender differences for learning

The study shows that there is no significant difference in attention among primary school students by gender. The degree of relaxation among primary school students is significantly different between genders, and the degree of relaxation for girls is significantly higher than that for boys. Hypothesis 3 was tested. First, there was no significant difference in the attention degree among primary school students by gender, which is consistent with previous studies (Chen et al., 1998; Nøvik et al., 2006). The reason may be that at this stage, all the students’ developmental tasks are smoothly adapted to learning acquisition. To acquire knowledge and experience and to form personality traits, given that their cognitive abilities were not yet fully developed, students’ adaptability was easily affected by external stimuli, and for both boys and girls, AR learning software was a novel stimulus. Therefore, when using AR learning software, primary school students of both genders may devote nearly the same attention to learning, resulting in no significant gender difference in our experimental results. Second, there was a significant gender difference in primary school students’ degree of relaxation because AR learning focuses on visualization, and AR enables students to use 3D models to enhance their visual perception of real situations (Arvanitis et al., 2009), which is more in line with the developmental characteristics of girls in the lower grades of primary school. At the same time, girls’ physical and psychological development is more advanced than boys’ (Yao et al., 2004), and with the continuous expansion and extension of their academic advantages, girls’ achievements in the fields are better than boys’, so girls’ relaxation indicators in AR learning are stronger than boys’.

Differences in academic emotion

Students’ degrees of attention and relaxation do not reflect significant differences in academic emotion; we were unable to verify the hypothesis of this article. Although the positive academic emotion group and negative academic emotion group showed no significant difference in attention, as seen from the results of our study, the negative academic emotion group scored higher in AR learning than the positive academic emotion group. This shows that AR learning positively compensates for negative academic emotion. Meanwhile, the results show that in AR learning, the attention and relaxation scores of primary school students are higher than normal (0–40 points), confirming the hypothesis that emotion promotes learning (Pekrun et al., 2017). The reasons for the lack of differences in academic emotion may be as follows. First, academic emotion has not been divided uniformly in academic circles, and the structure of academic emotion is not completely clear, so different divisions may lead to inconsistent experimental results. In our study, academic emotion was divided into positive academic emotion and negative academic emotion, and the emotional states between the two were ignored. Perhaps some pupils experienced such in-between emotions, so there was no difference in the experimental results. Second, research has shown that academic emotions have specificity, and studies in the field of academic emotion are different (Marsh, 1986). This study adopts experimental materials for language learning materials because language classes are unique. Relative to maths, for example, language is more attractive to students, which may be one of the reasons for the lack of a significant difference in the results.

Positive compensation effects of negative academic emotion

In the results, there is the interesting phenomenon that students in the negative academic emotion group have higher attention scores than those in the positive academic emotion group. This result is different from previous studies, and the reasons may be as follows: AR learning software is easy to operate and can help students concentrate (Arvanitis et al., 2011). Moreover, AR learning software is entertaining and instructive (Arino et al., 2014), which may make students with negative academic emotion start to become more positive. Thus, AR can mobilize a student’s interest in learning, stimulate the student’s motivation to learn and cause the student to focus more on the content of study.

Deficiencies and prospects

Deficiencies of the study

First, the experimental time was limited. This study adopts a cross-sectional research design, which takes a relatively short period of time. Teaching research is a continuous long-term process. At the same time, the impact of AR learning software on students’ learning also needs long-term follow-up research. The second is the limitations of emotional division. This study divides academic emotions into positive academic emotions and negative academic emotions according to valence, ignoring the academic emotions in between. Therefore, the division of academic emotions in future research should be further refined. Third, there were limitations of the subject area. This study only explores the practical effect of combining AR technology with English subjects and does not involve teaching or learning in other subjects, so the transferability of the research results needs to be further verified.

Perspectives of the study

First, future research should expand the research scope, extend the research time and analyse the application and effect of AR technology in English teaching for primary school students in more detail to make the research results more convincing. Second, AR technology is a good teaching assistant tool. Future research can reasonably design it into the teaching and learning process of other disciplines according to the three characteristics of AR technology to expand the research scope of the AR discipline and accumulate richer case studies for the educational application of AR technology.

La influencia de la emoción académica en el nivel de atención y relajación en el aprendizaje mediante la realidad aumentada

Emoción académica y aprendizaje

La vida cotidiana y el trabajo de las personas van acompañados de una gran variedad de emociones que influyen en ellas de forma significativa, especialmente en el contexto educativo, en el que las emociones ejercen un impacto determinante en el aprendizaje (Xu & Gong, 2009). Pekrun et al. (2002) propusieron por primera vez el concepto de ‘emoción académica’, es decir, el término general ‘emoción’ relacionado con el aprendizaje académico, la enseñanza en el aula y el logro académico, y categorizaron la emoción académica en dos dimensiones, valor y activación (value/arousal), para clasificar los distintos tipos de emoción académica. Los investigadores nacionales Yu y Dong (2005) propusieron una definición más específica, alegando que la emoción académica hace referencia a diversas experiencias emocionales que se generan en la enseñanza o en otras actividades relacionadas con el aprendizaje, y que incluyen felicidad, ansiedad, decepción y enfado. Efklides y Volet (2005) señalaron tres características de la emoción académica: es diversa, situacional y dinámica. Estas características, según estos autores, cambian en función de los distintos contenidos y contextos educativos durante el proceso de aprendizaje. En los últimos años, diversos estudios en los campos de la psicología y la neurociencia han demostrado que las emociones ejercen un impacto importante en la motivación, la memoria y el aprendizaje de los estudiantes (Lewis & Haviland-Jones, 2010; Putwain et al., 2013).

En múltiples estudios, las emociones suelen clasificarse en función de su valencia, es decir, emociones positivas y emociones negativas. Ainley et al. (2005) observaron que las emociones académicas positivas pueden mantener el interés de los estudiantes en la lectura durante más tiempo, lo que ayuda a fomentar un aprendizaje autorregulado (Pekrun et al., 2002) y mejora el rendimiento académico (Sun & Chen, 2010; S. Y. Zhao et al., 2012). El papel de la emoción académica negativa es más ambiguo. Algunos estudios han demostrado que la emoción académica negativa puede reducir la motivación del estudiante por el aprendizaje y su nivel de esfuerzo (Dong & Yu, 2010; Pekrun, 2017). Sin embargo, otros estudios revelan que la emoción negativa puede mejorar su rendimiento académico (Artino & Jones, 2012; Turner & Schallert, 2001). Además, las emociones también pueden influir en la asignación de recursos de atención por parte del estudiante y, por tanto, podrían influir en sus procesos de procesamiento cognitivo (Ashby et al., 1999; Luo et al., 2006; Meinhardt & Pekrun, 2003; Peng et al., 2013). Así pues, la emoción académica está integrada en cualquier aspecto del proceso educativo y es indispensable para el crecimiento y desarrollo de los estudiantes (Pekrun, 2006). Por tanto, comprender el papel de las emociones en los diversos contextos educativos es clave (Schutz & Lanehart, 2002).

El rol positivo de la realidad aumentada en el aprendizaje

La teoría del aprendizaje situado mantiene que el aprendizaje eficaz debe tener lugar en un entorno determinado (Jin & Wu, 2020). La tecnología de RA puede crear un entorno de aprendizaje interactivo a un tiempo real y virtual, que ayude a fomentar el interés y la aplicabilidad de los contenidos. La RA es una tecnología emergente desarrollada a partir de la realidad virtual (Zhao et al., 2014). Presenta unas características que combinan lo real y lo virtual, la interacción a tiempo real y un registro tridimensional (Jiang, 2012). La superposición de objetos o elementos de un entorno virtual en la vida real amplía la experiencia del usuario en su interacción con la realidad (Azuma, 1997; Caudell & Mizell, 1992). Los programas de aprendizaje mediante realidad aumentada hacen uso de tecnologías RA para derivar un nuevo método pedagógico distinto de la enseñanza tradicional. Hacen uso de imágenes tridimensionales que combinan visión y sonido para reemplazar la monotonía y rigidez de los textos e imágenes de los libros de texto, creando unos contenidos de aprendizaje más realistas e inmersivos (Yu et al., 2017). Como tecnología educativa emergente, la RA se ha convertido en uno de los puntos candentes en la investigación en el ámbito educativo. La conclusión sobre si la RA puede mejorar el aprendizaje de los estudiantes sigue siendo controvertida (Ni & Hu, 2019). La mayoría de los estudios realizados revelan que el uso de la RA como herramienta pedagógica puede ser muy beneficial (Albrecht et al., 2013; Chang & Hwang, 2018; Ekrem & Recep, 2016). En este sentido, en este estudio desarrollamos el Experimento 1 para explorar la eficacia de las tecnologías de RA y planteamos la Hipótesis 1: El programa de RA tiene un buen nivel de usabilidad.

La relación entre la educación mediante RA, el efecto de aprendizaje y las diferencias de género

Si se compara con la realidad virtual, la realidad aumentada (RA) es más cercana al mundo real, por lo que el uso de tecnologías RA puede contribuir a crear un entorno adecuado en el que los estudiantes pueden aprender de forma activa, mejorando así el proceso educativo (Li & Li, 2013). Dalgarno (2004) comprobó que la interacción entre los estudiantes y los contenidos de aprendizaje mediante puede mejorar su procesamiento cognitivo, capacidad de comprensión, nivel de memoria e imaginación. Profundizando en este campo de investigación, Chiang et al. (2014) señaló que las tecnologías de RA pueden mejorar la atención y motivación de los estudiantes, estimular su entusiasmo por participar y mejorar el efecto de aprendizaje (Garzón et al., 2020). La investigación sobre el aprendizaje mediante RA descubrió que los estudiantes opinan que la aplicación de RA es más útil, realista e interesante para aprender, y que ayuda a analizar escenarios de problemas. La investigación revela que la tecnología de RA es una herramienta potencialmente eficaz para estimular las emociones positivas de los estudiantes durante el aprendizaje (Fidan & Tuncel, 2019). Investigaciones adicionales hallaron que la RA presenta más ventajas que el texto en términos de atención en el aprendizaje (Zhao et al., 2022). Desde esta perspectiva, en el Experimento 2, el estudio explora en profundidad el impacto de la emoción académica en el nivel de atención de los alumnos en el entorno de aprendizaje con RA y propone la siguiente Hipótesis 2: en el entorno de aprendizaje mediante RA se observarán diferencias significativas entre las emociones académicas positivas y las negativas y el nivel de concentración y relajación de los alumnos. Las diferencias de género en el aprendizaje en las aulas en línea han sido ampliamente estudiadas (Anderson & Haddad, 2005; Price, 2010; Wolfe, 2000) y las investigaciones más recientes señalan diferencias en el uso de las tecnologías de la información y de Internet entre chicos y chicas (Tan et al., 2022). Por ejemplo, existen desequilibrios en las preferencias sobre el equipamiento, la satisfacción técnica y la eficacia de uso (Dirin et al., 2019; Šmit et al., 2021). Ibili y Billinghurst (2019) opinan que, cuando las personas hacen uso de tecnologías de RA, las diferencias de género ejercen un impacto significativo en su nivel de carga cognitiva y usabilidad subjetiva, y un gran número de estudios señalan que las chicas son superiores a los chicos en términos de percepción en las clases en línea (Buchmann & DiPrete, 2006; Fogarty & Goldwater, 2010; Volchok, 2018). Asimismo se observa que las diferencias de género pueden influir en la utilidad de los programas de aprendizaje basados en la RA, por lo que este estudio explora la diferencia de atención entre niños y niñas en el entorno de aprendizaje mediante RA del Experimento 2 y propone la siguiente Hipótesis 3: En el entorno de aprendizaje mediante RA, el nivel de atención de las niñas será superior al de los niños.

El presente estudio

La relevancia de este estudio en la investigación es múltiple. En primer lugar, la emoción académica desempeña un papel importante en el crecimiento y el desarrollo de los alumnos de Educación Primaria. En la revisión de la literatura se observa que la mayor parte de los estudios teóricos o de intervención relacionados con la emoción académica se ciñen a un estilo de enseñanza tradicional (Liu et al., 2017), y muy pocos investigadores han incluido tecnologías pedagógicas emergentes en sus investigaciones sobre la emoción académica. Por tanto, en este estudio se explora el impacto que ejercen las emociones relacionadas con el aprendizaje en un programa de aprendizaje basado en la realidad aumentada con el objeto de subsanar ese vacío en las investigaciones previas y enriquecer la investigación teórica sobre la emoción académica. En segundo lugar, existen relativamente pocos estudios que combinen el uso de realidad aumentada y la enseñanza de inglés. Los estudios existentes no son suficientemente detallados y sistemáticos, y los sujetos de investigación son, por lo general, alumnos del primer ciclo de secundaria. Por esta razón, esta investigación profundizará en el área de la enseñanza de inglés en Educación Primaria, combinando las características de la tecnología RA para crear un nuevo entorno de aprendizaje del inglés para los alumnos, ampliando las vías y los métodos de enseñanza de inglés en los centros de primaria y enriqueciendo la investigación teórica en la enseñanza de inglés con la ayuda de las nuevas tecnologías. En tercer lugar, los alumnos de los primeros cursos de primaria podrían procesar la información mediante imágenes concretas y su atención ocupa un lugar dominante en el aprendizaje (X. M. Zhang, 2016), por lo que el interés por el contenido es uno de los principales factores determinantes del efecto de aprendizaje. Afortunadamente, la aplicación de la RA en el proceso didáctico puede conseguir la concretización de contenidos abstractos, con el consiguiente efecto práctico que estimule el interés de los alumnos por el aprendizaje, lo que a su vez mejora también su atención, fomenta un aprendizaje efectivo y ayuda a cultivar la educación básica del estudiante.

En resumen, basándonos en el uso de la realidad aumentada (RA), en este estudio investigamos la disponibilidad de sistemas de RA para fomentar el efecto de aprendizaje de los participantes en dos estudios experimentales y exploramos el impacto de la emoción académica y las diferencias de género sobre el nivel de atención psicológica de los participantes para descifrar la utilidad de las tecnologías de la información en los procesos educativos y desarrollar así una base teórica y aportar evidencia empírica de la mejora del efecto de aprendizaje de los alumnos.

Estudio 1: Usabilidad de los sistemas de aprendizaje mediante la realidad aumentada (RA)

Método

Participantes

Los participantes en este estudio eran alumnos de Educación Primaria de grado 2 y 3 de la provincia de Hebei, China. Las respuestas de uno de ellos fueron eliminadas. La muestra estaba formada por 48 estudiantes de grado 2 y 5 de grado 3. El rango de edad de los participantes era de siete a nueve años.

Instrumentos y herramientas

Programas de aprendizaje mediante RA

‘Xiao Bao Zoo’ es un programa educativo para niños basado en tecnología RA, desarrollado por Zhi he Qing yang Technology Co., Ltd. (China); disponible para los sistemas IOS y Android. Haciendo uso de tecnología avanzada de RA, Xiao Bao Zoo combina la animación virtual con el espacio real e incluye 64 fichas de aprendizaje, cada una de ellas con el nombre y una descripción textual de un animal en un lado y la correspondiente imagen de ese animal en el otro. Cuando están aprendiendo, los niños pueden utilizar la aplicación que va con ese producto para escanear la ficha y visualizar un holograma tridimensional y en tamaño real de ese animal. Las imágenes tridimensionales de esos animales van acompañadas del sonido que emite cada uno de ellos, con lo que los niños experimentan una sensación inmersiva. Al mismo tiempo, los niños pueden deslizar el dedo sobre la pantalla para rotar las imágenes 360 grados, lo que facilita un aprendizaje más detallado. Después de escanear cada ficha, se puede acceder a una explicación detallada del nombre de ese animal en chino y su pronunciación en cuatro idiomas: chino, inglés, ruso y coreano. Los niños pueden optar por cualquiera de esas informaciones para aprender en función de sus necesidades. Todos los teléfonos Android utilizados en el estudio llevaban este programa instalado. El contenido de este programa de estudio es el chino y el inglés.

Matriz de evaluación de la dificultad de las palabras

Teniendo en cuenta los libros de texto utilizados por los alumnos de grado 2 y 3, seleccionamos 15 palabras que podrían ser incluidas en el estudio. De esas 15 palabras, finalmente se incluyeron solo 10.

Escala de Usabilidad del Sistema (SUS)

La escala de usabilidad del sistema (SUS) fue desarrollada por Brooke (1996) y consiste en un cuestionario ampliamente utilizado para evaluar la facilidad de uso de los programas (Brooke, 1996). La SUS consta de un total de 10 preguntas. Basadas en una escala tipo Likert de cinco puntos, los ítems impares tienen una puntuación creciente y los pares, decreciente. A mayor puntuación, mejor usabilidad del programa. En este estudio, el coeficiente α de Cronbach para esta escala era de .80. Sauro (2015) estableció una base de datos procedentes de la escala SUS, completada por aproximadamente 5,000 usuarios. A partir de una comparación de los datos totales se puede calcular la usabilidad de un programa determinado. En el estudio realizado por Bangor et al. (2009) se muestra la puntuación global de la escala SUS en imágenes, lo que permite visualizar las principales relaciones entre la puntuación total y las distintas valoraciones en la evaluación del programa de forma intuitiva. La puntuación en la escala SUS refleja la usabilidad de un programa, que incluye su facilidad de uso además de otros aspectos de la experiencia del usuario. Antes de utilizar la escala en nuestro estudio se explicaron en detalle los contenidos de cada ítem junto a la descripción de las correspondientes dimensiones. El significado central de los ítems no varía. En aras del rigor del estudio, nuestras instrucciones a los participantes fueron constantes. No obstante, se realizaron ajustes en dos aspectos. En primer lugar, se expresó el contenido de los ítems de forma más asequible para los alumnos. Además, teniendo en cuenta las características de su pensamiento visual, se explicaron los ítems a través de imágenes. Durante la prueba se explicó de nuevo cada uno de los ítems antes de contestar. Los alumnos podían levantar la mano en cualquier momento si tenían dudas al responder, y los examinadores podían responder a ellas.

Procedimientos experimentales

Primero, el experimentador demostró cómo utilizar el programa de RA, explicando el proceso paso a paso. Todas las imágenes utilizadas en la demostración procedían del propio programa. A continuación, los participantes utilizaron el programa didáctico de realidad aumentada por sí mismos. Los investigadores permanecían atentos para ayudar a los alumnos que tenían problemas con el programa o que querían formular alguna pregunta. Por último, tras finalizar la clase, los alumnos de primaria completaron la escala SUS y evaluaron la dificultad de las palabras seleccionadas según su nivel de estudios de inglés.

Análisis de datos

Para el análisis estadístico de los datos de este estudio se utilizó el programa SPSS 23.0.

Resultados

Evaluación y análisis de la dificultad de las palabras

La dificultad media de las 15 palabras seleccionadas era de 1.772 y se eliminaron las cinco palabras más alejadas de este valor medio (desviación típica máxima), por lo que quedaron 10 palabras para el experimento.

Análisis de usabilidad del programa

Basándonos en la investigación de Sauro y Lewis (2014), para la evaluación de la usabilidad del programa se utilizaron las siguientes valoraciones: A+, A, A−, B+, B, B−, C+, C, C−, D y F. La puntuación total de la escala SUS en este estudio era 71.35 (Tabla 1), y el nivel porcentual, aproximadamente 61. Las puntuaciones de las subescalas de capacidad de aprendizaje y usabilidad fueron 69.14 y 71.91 respectivamente, lo que significa que el programa se consideró mejor que aproximadamente el 61% de los productos disponibles, en términos de usabilidad y evaluación global.

Tabla 1.

Resultados SUS para la evaluación de la usabilidad del programa.

	Puntuación	Código	Rango porcentual
SUS	71.35	C+	60 ∼ 64
Capacidad de aprendizaje	69.13	C	41 ∼ 59
Usabilidad	71.91	C+	60 ∼ 64

Discusión

Las palabras seleccionadas pertenecen a los contenidos de aprendizaje de la lengua inglesa en primaria, de modo que se puede establecer cierto grado de comparación con los libros de texto tradicionales de inglés. Dado que en Educación Primaria se incluye la enseñanza de inglés a partir del tercer grado, este es el nivel más elemental en la exposición de los alumnos al aprendizaje de esta lengua. Antes de este curso, algunos alumnos no han tenido contacto alguno con la lengua inglesa. Por tanto, si no se hubiesen seleccionado las palabras experimentales entre los contenidos de esta materia, los resultados podrían no validar la hipótesis de que el programa educativo de RA puede mejorar el aprendizaje de inglés entre los alumnos de primaria. Tras seleccionar las palabras experimentales, los alumnos de primaria tienen que aprenderlas utilizando el programa educativo de RA, que hace uso la tecnología RA integrando la animación virtual en el espacio real. Este método de aprendizaje puede mejorar la capacidad de interacción de los alumnos, además de su interés por el aprendizaje, estimulando su motivación por aprender (Liu, 2019) y alcanzando así el deseado efecto de aprendizaje mediante la realidad aumentada. Se analizó la usabilidad del programa, que resultó superior en un 61% al resto de programas disponibles, lo que demuestra la efectividad de este programa de aprendizaje mediante RA para mejorar el proceso de aprendizaje entre alumnos de Educación Primaria. Esta valoración de la usabilidad del programa también supone una garantía para futuros experimentos y corrobora la Hipótesis 1.

Estudio 2: Nivel de atención y relajación bajo distintas emociones académicas

Métodos

Participantes

Los participantes en este estudio eran alumnos de segundo y tercer curso de Educación Primaria de la provincia China de Hebei. Los participantes (615 alumnos, 317 niños y 277 niñas) completaron el cuestionario de emoción académica (Wang, 2009). Se calcularon las puntuaciones totales de la emoción académica positiva y de la emoción académica negativa, respectivamente. Los participantes con puntuaciones correspondientes a un nivel de emociones positivas en el 27% superior (se eliminaron los que no cumplían con estos requisitos, un total de 146 participantes) y a un 27% de emociones negativas o inferior (se eliminaron los que no cumplían con estos requisitos, un total de 154 participantes) fueron incluidos como sujetos preseleccionados de agrupamiento emocional. En este estudio, pues, se incluyen únicamente grupos de alumnos con emociones positivas o negativas como sujetos del experimento (234 personas, 113 en el grupo de emociones positivas y 121 en el de emociones negativas). Así pues, los participantes con nivel de emoción académica positiva en el 27% superior y con nivel de emoción académica negativa en el 27% inferior fueron seleccionados para el experimento. Sesenta y dos estudiantes formaron el grupo experimental. Seis participantes no completaron el experimento y 11 presentaban omisión de datos o datos que no conformes con los requisitos. El número total de participantes efectivos en este experimento fue de 45 (véase Tabla 2).

Tabla 2.

Información básica de los participantes.

	Grado 2		Grado 3		Total
	Niño	Niña	Niño	Niña	Total
Emoción académica positiva	9	3	3	5	20
Emoción académica negativa	11	8	2	4	25
Total	20	11	5	9	45

Instrumentos y herramientas

Sistema BrainLink, basado en tecnología de interfaz cerebro-computadora

El sistema BrainLink es un dispositivo BCI (brain-computer interface) externo de detección neuronal en forma de diadema, desarrollado por la empresa Shenzhen Hongzhiqi Technology Co., LTD. Su funcionamiento no requiere pasta conductiva u otros materiales necesarios para un EEG tradicional. BrainLink hace uso de tecnología avanzada BCI y es el primero en obtener la certificación MFi de Apple en China, El dispositivo utiliza un sensor ThinkGear como procesador central y Bluetooth 3.0. Se conecta al programa correspondiente en un dispositivo móvil para registrar múltiples ondas cerebrales y filtra el ruido generado por la respiración, los latidos del corazón y los músculos. En este estudio se conectó a la aplicación Recorder para medir el nivel de atención y relajación de los participantes. La atención hace referencia al grado de atención e interés de la persona en la tarea, mientras que la relajación hace referencia al grado de relajación; ambos en un rango de 0 a 100 (Huang, 2018). Entre 0 y 20 indica un nivel muy bajo de atención/relajación; de 20 a 40, un nivel bajo; de 40 a 60, normal; de 60 a 80, alto y de 80a 100, muy alto.

iPod Touch 4

Se instaló la aplicación Recorder en un dispositivo IOS iPod Touch 4 con 8 GB de almacenamiento, una pantalla de 3.5 pulgadas con una resolución de 960 × 640 y conectividad Wifi y Bluetooth, entre otras funciones.

Programa de RA (con fichas identificativas y un ejemplo de lección de inglés) y teléfono móvil Android

Los materiales de esta sección son los mismos que los materiales experimentales descritos en la sección ‘programa de aprendizaje mediante RA’.

Diseño experimental

En este experimento se adoptó un diseño experimental bifactorial 2 (género: niño, niña) x 2 (emoción académica: positiva, negativa) intersujeto en el que la variable dependiente era el grado de atención y relajación y las variables dependientes, los índices de atención y relajación.

Procedimiento experimental

Todo el proceso de aprendizaje se llevó a cabo mediante un teléfono móvil. Antes del experimento, los participantes tenían que colocarse el sistema BrainLink en la cabeza y asegurarse de que la placa metálica estaba en contacto con la frente para registrar su actividad cerebral. El electrodo izquierdo iba conectado al lóbulo de la oreja izquierda. Solo entonces se debía activar el sistema BrainLink y conectarlo vía Bluetooth al teléfono móvil. Entonces los participantes escanearon el material de la lección mediante el teléfono móvil, que produjo una animación tridimensional de un animal. Cuando los participantes se introducían en la interfaz del programa de RA, las señales emitidas por los participantes quedaban registradas y fotografiadas. Se indexó el grado de atención y se registró su valor en el teléfono móvil, que registró los niveles tanto de atención como de relajación.

Análisis de datos

Para llevar a cabo el análisis estadístico de los datos recabados en este estudio se utilizó el programa SPSS 23.0.

Resultados

Análisis del nivel de atención de los alumnos en el aprendizaje mediado por RA

En la Tabla 3 se muestran las estadísticas descriptivas. La puntuación media de atención de los niños (N = 25) era 57.105, y la de las niñas (N = 20), 62.575. En el grupo de emoción académica positivo, la puntación del nivel de atención de los niños (N = 12) fue 56.104 y la de las niñas, (N = 8), 62.180. En el grupo de emoción académica negativa, los niños (N = 13) alcanzaron un nivel de atención de 58.029 y las niñas (N = 12), 62.839. El nivel de atención del grupo de emoción académica positiva (N = 20) fue 58.534 y el del grupo de emoción académica negativa (N = 25), 60.338. Las puntuaciones del grupo de emoción académica negativa eran superiores a las del grupo de emoción académica positiva, lo que indica que los alumnos del grupo de emoción académica negativa prestaron mayor atención al utilizar el programa de aprendizaje que los del grupo de emoción académica positiva.

Tabla 3.

Estadísticas descriptivas de la atención.

Emoción	Género	M	DT	N
Emoción académica positiva	Niño	56.104	10.542	12
	Niña	62.180	16.245	8
	Total	58.534	13.073	20
Emoción académica negativa	Niño	58.029	9.137	13
	Niña	62.839	12.740	12
	Total	60.338	11.052	25
Total	Niño	57.105	9.677	25
Total	Niña	62.575	13.831	20
	Total	59.536	11.884	45

Los resultados del estudio revelan que los efectos principales de la emoción académica (F(1, 41) = 0.127, p = .724) y del género (F(1, 41) = 2.250, p = .141) no eran significativos, ni la interacción entre emoción académica y género (F(1, 41) = 0.030, p = .862).

Análisis del nivel de relajación del alumno en el aprendizaje mediante RA

En la Tabla 4 se muestran las estadísticas descriptivas de los datos. El nivel de relajación de los niños (N = 25) y de las niñas (N = 20) era 53.880 y 60.241, respectivamente. En el grupo de emoción académica positiva, el índice de relajación de los niños (N = 12) era 50.604 y el de las niñas (N = 8), 59.125. En el grupo de emoción académica negativa, los niños (N = 13) alcanzaron una puntuación de 56.904 y las niñas (N = 12) de 60.984. El nivel de relajación del grupo de participantes con emoción académica positiva (N = 20) era 54.013 y el del grupo con emoción académica negativa (N = 25), 58.863. Las puntuaciones de relajación del grupo con emoción académica negativa eran superiores al grupo de emoción académica positiva, lo que indica que el grupo de emoción académica negativa prestó mayor atención al utilizar este estilo de aprendizaje que el grupo con emoción académica positiva.

Tabla 4.

Estadísticas descriptivas de la relajación.

Emoción	Género	M	DT	N
Emoción académica positiva	Niño	50.604	9.737	12
	Niña	59.125	9.000	8
	Total	54.013	10.153	20
Emoción académica negativa	Niño	56.904	9.541	13
	Niña	60.984	9.577	12
	Total	58.863	9.586	25
Total	Niño	53.880	9.965	25
Total	Niña	60.241	9.155	20
	Total	56.707	10.028	45

Los resultados del estudio revelan que el efecto principal de la emoción académica (F(1, 41) = 1.995, p = .165) no era significativo, como tampoco lo era la interacción entre emoción académica y género (F(1, 41) = 0.591, p = .446). Sin embargo, el efecto principal del género (F(1, 41) = 4.759, p = .035) sí era significativo. Es decir, las niñas se mostraron significativamente más relajadas que los niños.

Discusión

El nivel de atención y de relajación puede capturarse mediante el sistema BrainLink, basado en la tecnología BCI. En este estudio, los niveles de atención y relajación de los alumnos de primaria se registraron 20 veces y se eliminaron los ocho primeros registros y los ocho últimos para garantizar la eficacia del experimento y la precisión de los datos. Algunos estudios han observado que la duración de la atención de los niños de los primeros cursos de primaria es de aproximadamente 20 minutos (L. C. Zhang, 1996). Estas especiales características evolutivas infantiles, tanto físicas como mentales, determinan que los niños no pueden mantener un nivel elevado de atención durante un tiempo prolongado. En los procesos experimentales, calculamos los valores medios de múltiples registros. Así se tratan de evitar las fases de atención alta y baja durante un periodo determinado con el objeto de obtener unos resultados experimentales más exactos.

Diferencias de género en la atención y la relajación

Tras el análisis de los datos se constató que no había diferencias significativas en el grado de atención de los alumnos de primaria en función del género. Sin embargo, el grado de relajación entre los participantes difería significativamente en función del género, siendo significativamente mayor entre las niñas que entre los niños. Xing y Gu (2001) observaron que, al seleccionar juguetes, los niños tendían a estar menos afectados por conceptos de género y, aunque la tendencia del desarrollo psicológico de los alumnos varones presentaba un estilo de pensamiento más abstracto, el estudio sobre la RA se centró únicamente en la visualización. El programa de RA hacía uso de modelos 3D para mejorar la capacidad de percepción visual de los estudiantes en una situación real, en coherencia con las características evolutivas de las alumnas de los primeros cursos de primaria. Por tanto, las niñas muestran un rendimiento superior al de los niños en el índice de atención del aprendizaje mediante RA, un resultado que corrobora la Hipótesis 3 de nuestro estudio.

Diferencias de atención en función de la emoción académica

Este estudio revela que, en términos de emoción académica, no se observan diferencias significativas en el nivel de atención o relajación de los alumnos de primaria, lo que contradice nuestra Hipótesis 2. Esto puede deberse al reducido tamaño de la muestra seleccionada para el estudio o a no haber suscitado emociones académicas completamente negativas o positivas, lo que produciría esta falta de diferenciación en los resultados experimentales. La puntuación de los estudiantes de ambos grupos (emoción académica positiva y negativa) era más alta que el nivel normal (0–40), lo que indica que el uso del programa de RA para aprender vocabulario inglés es positivo para mejorar la atención de los alumnos y su eficacia de aprendizaje y puede aliviar también el impacto negativo de la emoción académica en los estudiantes. Este resultado es coherente con los obtenidos por estudios previos (Roda & Thomas, 2006).

Discusión general

Usabilidad del programa de RA

En el Estudio 1, la valoración del programa de RA en la escala SUS era de 60, lo que confirma en cierto grado la usabilidad del programa para el aprendizaje de los alumnos de primaria y corrobora la Hipótesis 1 de este estudio. En el Estudio 2, el grado de atención y relajación de los estudiantes de ambos grupos, el de emoción académica positiva y el de emoción académica negativa, era superior al normal cuando utilizaban el programa de RA, lo que de nuevo corrobora la buena usabilidad del programa. Sin embargo, según la matriz de valoraciones del SUS desarrollada por Bangor et al. (2009), solo cuando la valoración global del SUS es superior a C, el programa presenta un buen nivel de usabilidad y aceptabilidad. Se observó que la valoración global en el SUS para el programa utilizado en este estudio se limita a C, lo que indica que, pese a que el nivel de usabilidad y aceptabilidad del sistema de realidad aumentada alcanzó el estándar mínimo, todavía es necesario mejorarlo. Por tanto, futuras investigaciones deberían centrarse en la usabilidad y la generalización de los sistemas de aprendizaje mediante RA.

Diferencias de género en el aprendizaje mediante la RA

Diferencias de género en el aprendizaje

El estudio no revela diferencias significativas en el nivel de atención de los alumnos de primaria en función del género. El grado de relajación entre los participantes es significativamente distinto en función del género, con un nivel significativamente mayor en las niñas que en los niños. Se procedió a probar la Hipótesis 3. En primer lugar, no se observaron diferencias significativas en el nivel de atención entre los alumnos en función del género, lo que coincide con los resultados de estudios previos (Chen et al., 1998; Nøvik et al., 2006). La razón podría ser que, en este nivel, todas las tareas de desarrollo de los estudiantes están adaptadas a la adquisición de conocimientos. Para adquirir experiencia y conocimiento y formar los rasgos de la personalidad, dado que su capacidad cognitiva no está totalmente formada todavía, la adaptabilidad de los estudiantes se ve fácilmente afectada por estímulos externos y, tanto para los niños como para las niñas, el programa de aprendizaje mediante RA constituyó un estímulo novedoso. Por tanto, al utilizar el programa de RA, los estudiantes de ambos sexos dedican aproximadamente la misma atención al aprendizaje, de ahí la ausencia de diferencias significativas en función del género en nuestros resultados experimentales. En segundo lugar, se observó una diferencia de género significativa en el nivel de relajación de los alumnos de primaria porque la RA se centra en la visualización y permite a los estudiantes utilizar modelos 3D para mejorar su percepción visual de las situaciones reales (Arvanitis et al., 2009), lo cual es más coherente con las características evolutivas de las niñas en los primeros cursos de primaria. Al mismo tiempo, el desarrollo físico y psicológico de las niñas es más avanzado que el de los niños (Yao et al., 2004) y con la continua expansión y extensión de sus ventajas académicas, el rendimiento de las niñas en los distintos campos es mejor que el de los niños, por lo que los indicadores de relajación de estas en el aprendizaje mediante RA son superiores a los de los niños.

Diferencias en emoción académica

El grado de atención y relajación de los alumnos no revela diferencias significativas en función de su emoción académica. Así pues, no se pudo verificar la hipótesis de nuestro estudio. Aunque no se observaron diferencias significativas en la atención entre el grupo de emoción académica positiva y el de emoción académica negativa, como reflejan los resultados de nuestro estudio, el grupo de emoción académica negativa obtuvo un nivel superior de aprendizaje mediante RA que el grupo de emoción académica positiva. Este resultado demuestra que el aprendizaje mediante RA compensa positivamente la emoción académica negativa. Asimismo, los resultados muestran que en el aprendizaje mediante RA, las puntuaciones de atención y relajación de los participantes son superiores al nivel normal (0–40 puntos), lo que confirma la hipótesis de que la emoción fomenta el aprendizaje (Pekrun et al., 2017). Las razones de esta ausencia de diferencias en función de la emoción académica podrían ser diversas. En primer lugar, la emoción académica no se categoriza o clasifica uniformemente en los distintos círculos académicos y la estructura de la emoción académica no es totalmente clara, de modo que sus distintas categorizaciones podrían producir resultados experimentales inconsistentes. En nuestro estudio, clasificamos la emoción académica como positiva y negativa, y se omitieron los estados emocionales intermedios. Tal vez algunos alumnos experimentaron emociones intermedias, por lo que no se apreciaron diferencias en los resultados experimentales. En segundo lugar, la investigación ha demostrado que las emociones académicas tienen especificidad y los estudios en el campo de la emoción académica son distintos (Marsh, 1986). En este estudio se adoptaron materiales experimentales para el aprendizaje de lenguas porque las clases de lengua son singulares. En comparación con las matemáticas, por ejemplo, el estudio de una lengua es más atractivo para los estudiantes, lo que podría ser una de las razones por las que no se observaron diferencias significativas en los resultados.

Efectos compensatorios positivos de la emoción académica negativa

En los resultados se observa un fenómeno interesante; los estudiantes del grupo de emoción académica negativa obtienen una puntuación mayor de atención que los del grupo de atención académica positiva. Este resultado difiere de los de estudios anteriores y las razones podrían múltiples. El programa de aprendizaje mediante RA es fácil de operar y puede ayudar a los alumnos a concentrarse (Arvanitis et al., 2011). Además, este tipo de aprendizaje es entretenido e instructivo (Arino et al., 2014), con el posible efecto de hacer que los alumnos con emociones académicas negativas se sientan más positivos. Así pues, la RA podría fomentar el interés del alumno en el aprendizaje, estimular su motivación por aprender y ayudarle a centrarse más en los contenidos de estudio.

Limitaciones y perspectivas

Limitaciones del estudio

En primer lugar, el tiempo del experimento era limitado. En este estudio se adoptó un diseño transversal que requiere un periodo de tiempo relativamente corto. La investigación pedagógica es un proceso continuo y a largo plazo. Al mismo tiempo, el impacto del programa didáctico mediante RA en el aprendizaje de los alumnos requiere también un estudio a largo plazo. La segunda limitación es la categorización emocional, como ya hemos comentado. En este estudio se clasifica la emoción académica como positiva o negativa en función de su valencia, omitiendo posibles emociones académicas intermedias. Por tanto, futuras investigaciones deberían refinar más esta clasificación. En tercer lugar, existen algunas limitaciones relacionadas con el tema de estudio. Este estudio explora únicamente el efecto práctico de combinar la tecnología de RA con la enseñanza de la lengua inglesa y no incorpora la enseñanza y aprendizaje de otras materias, de modo que aún es necesario explorar en mayor profundidad la transferibilidad de nuestros resultados.

Perspectivas del estudio

En primer lugar, futuras investigaciones deberían ampliar el alcance del estudio, extender el tiempo del experimento y analizar la aplicación y el efecto de la tecnología RA en la enseñanza de inglés a estudiantes de primaria en mayor detalle y profundidad para reforzar y consolidar los resultados. En segundo lugar, la tecnología RA es una buena herramienta de apoyo a la enseñanza. Futuras investigaciones podrían incluirla en el diseño del proceso educativo en otras disciplinas en función de las tres características de la tecnología para ampliar el alcance de la investigación en torno a la RA y acumular mayor diversidad de estudios de caso sobre la aplicación de la tecnología de RA en la educación.

Footnotes

This study was supported by an Education General Project of the National Social Science Foundation of China in 2020, ‘The Research on Cognitive and Emotional Mechanism of Augmented Reality (AR) Multimedia Learning and Its Promotion to Primary School Students’ Efficient Learning’ (Project approval number: BBA200031). / Este estudio ha recibido el apoyo de la iniciativa ‘Education General Project of National Science Foundation’ de China en 2020, a través del proyecto ‘Research on Cognitive and Emotional Mechanism of Augmented Reality (AR) Multimedia Learning and Its Promotion to Primary School Students’ Efficient Learning’ (Código de aprobación del proyecto: BBA200031).

No potential conflict of interest was reported by the authors. / Los autores no han referido ningún potencial conflicto de interés en relación con este artículo.

The datasets generated and/or analysed during the current study are not publicly available since subjects are under 16 but are available from the corresponding author on reasonable request. / Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante este estudio no están disponibles públicamente debido a la edad de sus participantes, menores de 16 años. No obstante, están disponibles previa solicitud al autor.

The study was approved by the academic and ethics committee of the school of education in Hebei University. Informed consent to participate in this study was provided by the participants’ legal guardian/next of kin. / Este estudio obtuvo la aprobación del comité académico y de ética del centro de formación del profesorado de la Universidad de Hebei. También se obtuvo el consentimiento informado de los familiares o guardianes legales de los participantes en el estudio.

ORCID

Xiaojun Zhao

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