El presente artículo explora el impacto de la robótica educativa en el fomento del pensamiento computacional y las habilidades de resolución de problemas en estudiantes de educación primaria a través de un enfoque de aprendizaje basado en problemas. Este estudio involucró la creación de un marco que incluye un robot y dos eBooks diseñados para estudiantes y profesores. Los eBooks sirven como guía para la construcción y programación de un pequeño robot basado en Arduino. A través de la integración de elementos de gamificación, el modelo presenta una narrativa con tres personajes para aumentar el compromiso y la motivación del estudiante. A través de la iteración de evaluaciones heurísticas y pruebas prácticas, refinamos el marco teórico inicial. Se llevó a cabo un estudio empírico en dos fases que involucró a 350 estudiantes. La primera prueba empírica involucró a un pequeño grupo de 21 estudiantes, similares a los usuarios finales, de cinco escuelas europeas. Con una tasa de finalización del 100% para las tareas, el 73.47% de estas tareas se resolvieron de manera óptima. Más tarde, realizamos un estudio de validación más grande que involucró a 329 estudiantes en una escuela portuguesa. Esta segunda fase del estudio se llevó a cabo durante los años escolares 2022-2023 y 2023-2024 con tres grupos de estudio. Los resultados llevaron a una tasa de éxito del 91.13% en actividades de resolución de problemas, y el 56.99% de esos estudiantes lograron soluciones óptimas. Se aplicaron técnicas estadísticas avanzadas, incluyendo ANOVA, para tener en cuenta las diferencias entre grupos y asegurar la solidez de los hallazgos. Este estudio demuestra que el modelo propuesto, que integra la robótica educativa con el aprendizaje basado en problemas, promueve efectivamente el pensamiento computacional y las habilidades de resolución de problemas, que son esenciales para el siglo XXI. Estos hallazgos apoyan la inclusión de la robótica en los planes de estudio de la educación primaria y proporcionan un marco validado para los educadores.