借助增强现实技术可以将虚拟的教学内容叠加在真实环境中,能够显著改善教育教学效果。近年来增强现实技术在教育领域的应用得到了广泛的关注,各种面向教育的增强现实系统不断被开发和实现出来,然而,增强现实教学辅助系统存在教育应用创新力不足,系统功能与教育教学需求脱节;人机交互模式分类不合理,虚实融合教学场景绘制方法不适应教育领域的推广和普及,系统整体结构没有考虑到不同的教学类型;系统评测缺乏教育适用性的评估,评估过程使用的教学场景类型单一。本文围绕增强现实系统的教育应用创新、系统设计和教育适用性评估三个方面开展研究工作,取得的主要研究成果包括:(1)提出了一种基于教育理论的增强现实教学辅助系统创新方法。为了改善增强现实系统对于教育教学的辅助作用,本文以教育技术创新原理为指导提出了增强现实教学辅助系统的教育应用创新方法,研究过程包括应用方案设计、试点实验、实验结果评估和评估结果分析,提出了相关教育理论与增强现实技术结合的方法,包括学习动机理论与增强现实技术的结合,真实性学习理论与增强现实技术的结合,提出了适用于教学辅助系统设计、开发和推广的增强现实关键技术。(2)提出了一套基于人机交互模式和教学场景类型的增强现实教学辅助系统设计方法。本文提出了面向教育的增强现实系统的操作交互模式和呈现交互模式,并且给出了两种交互模式的应用方法,提出了一系列虚实融合教学场景的绘制方法,包括虚拟教师生成方法、多层次教学场景生成方法、虚实融合教学场景绘制方法和虚实融合场景运动效果生成方法。同时,本文参考三种学习类型的特点和需求,基于以上提出的生成和绘制方法,提出了基于教学环境和系统资源库的增强现实系统设计方法。(3)提出了一种基于推断性统计的增强现实系统教育适用性评估方法。本文首先提出了基于推断性统计的实验数据分析方法,然后针对具体教学类型,详细分析了课堂学习、开放式学习和移动学习三种学习类型的教学需求,利用本文提出的设计方法开发了不同的教育应用方式,然后完成系统应用方案设计,系统试点实验步骤设计,试点实验评估和实验数据分析。通过对试点实验结果的评估与分析,从而证明了利用本文提出的创新方法、系统设计方法和评估方法构建的增强现实教学辅助系统能够适应多种学习类型的教学需要,能够显著改善学生学习动机、学习体验感和学习效果。