본 연구는 학생들이 정량적 측정 자료로부터 변인들 간의 관계를 찾는 사고단계와 사고전략을 알아보기 위한 것이다. 이를 위하여 37명의 과학영재학교 학생들에게 두 개의 독립변인과 하나의 종속변인에 대한 측정 자료로 구성된 표로부터 변인들 사이의 관계를 식으로 찾도록 하였다. 그 결과, 학생의 사고과정은 5단계로 나눌 수 있었고, 각 단계별로 여러 가지 사고활동들을 유형화할 수 있었다. 학생들이 사고하는 주요 전략으로는 8가지가 찾아졌고, 그 중에서 자료나 그래프로부터 특징을 찾은 후, 특징에 기초하여 관계식을 제안하고, 제안한 관계식을 다시 자료나 그래프와 비교하면서 수정 보완하는 가설연역적 방법이 가장 많았다. 그 학생들의 활동에서 나타난 오류 유형은 3가지로, 잘못된 변인통제, 잘못된 그래프 유형의 선택, 오차를 줄이기 위한 지나친 정교화로 구분되었다. 본 연구결과는 학생의 탐구활동을 돕기 위한 지도 자료 개발에 활용될 것으로 기대된다.