본 연구는 과학영재 학생들에게 3단계 마인드맵 활동이라는 학습 방법을 천문내용을 중심으로 개발하여 적용해 봄으로써 그들의 시스템 사고가 어떻게 향상되었는지를 분석한 것이다. 2번의 사전연구를 거친 후, 6학년 9명 학생을 대상으로 시스템 사고의 향상 정도를 마인드맵과 인과지도 및 학생들의 면담 내용을 통해 분석하였다. 연구 결과, 3단계 마인드맵 활동을 경험한 실험집단 학생들의 인과지도 내용이 통제집단에 비해 훨씬 복잡하고 다양하게 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발하여 적용한 3단계 마인드맵 활동은 과학영재 학생들의 시스템 사고 향상을 위한 대안으로서의 가치가 있다고 생각한다. 이 연구를 통해 3단계 마인드맵 활동은 과학영재 학생들의 배경지식 활성화 및 사고의 체계화를 유도함으로써 과학영재 학생들의 시스템 사고를 향상시키는 대안이 될 수 있음을 확인하였으며, 이를 적극적으로 활용한다면 과학영재 학생들의 시스템 사고를 향상시켜 창의적 문제 해결력을 향상시키는 인재 육성에 기여할 수 있을 것이다.